(57)【要約】  圧力センサ１は、半導体基板１０と、半導体基板１０上に積層された絶縁体層２１，２２，２３と、半導体基板１０上に、絶縁体層２１，２３を挟んで積層された半導体層３０と、半導体基板１０と半導体層３０との間に設けられた空洞部１３と、を備えており、半導体層３０の積層方向視において空洞部１３と重なる領域が可動部３１となっており、空洞部１３は、絶縁体層２２，２３によって囲まれている。このような構成により、圧力センサ１を、より高精度、かつ、より容易に製造可能することができる。
2011055734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
上記半導体基板上に積層された絶縁体層と、
上記半導体基板上に、上記絶縁体層を挟んで積層された半導体層と、
上記半導体基板と上記半導体層との間に設けられた空洞部と、
を備えており、
上記半導体層の積層方向視において上記空洞部と重なる領域が可動部となっており、
上記空洞部は、上記絶縁体層によって囲まれている、圧力センサ。
【請求項２】
上記半導体基板は、上記積層方向に凹む凹部を有しており、上記空洞部は上記凹部内に設けられている、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
上記半導体層が上記凹部外に形成されている、請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
上記半導体層が上記凹部内に形成されている、請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項５】
上記半導体層と導通する第１の電極と、上記半導体基板と導通する第２の電極と、を備えている、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項６】
上記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、
上記半導体層は、多結晶シリコンによって形成されており、
上記絶縁体層は、二酸化珪素によって形成されている、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項７】
半導体基板に凹部を形成する工程と、
上記凹部の全面を第１の絶縁体層で覆う工程と、
上記凹部を上記第１の絶縁体層で覆った後に、上記凹部に犠牲層を充填する工程と、
上記犠牲層のうち上記第１の絶縁体層から露出する部分を第２の絶縁体層で覆う工程と、
上記第２の絶縁体層を挟み、上記犠牲層と重なるように、半導体層を形成する工程と、
上記犠牲層を除去して空洞部を形成する工程と、
を含み、
上記半導体層の上記空洞部と重なる部分が可動部となる、圧力センサの製造方法。
【請求項８】
上記空洞部を形成する工程は、上記半導体層を貫通し、上記犠牲層に達する通気孔を設ける工程と、上記通気孔を介して上記犠牲層のエッチングを行う工程と、上記犠牲層を除去した後に上記通気孔を絶縁体によって封止する工程と、を含んでいる、請求項７に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項９】
半導体基板に凹部を形成する工程と、
上記凹部の全面を第１の絶縁体層で覆う工程と、
上記凹部を上記第１の絶縁体層で覆った後に、上記凹部の底部寄りの一部を埋める犠牲層を形成する工程と、
上記犠牲層のうち上記第１の絶縁体層から露出する部分を第２の絶縁体層で覆う工程と、
上記第２の絶縁体層を挟み、上記犠牲層と重なるように、半導体層を上記凹部内に形成する工程と、
上記犠牲層を除去して空洞部を形成する工程と、
を含み、
上記半導体層が可動部となる、圧力センサの製造方法。
【請求項１０】
上記空洞部を形成する工程は、上記半導体層を貫通し、上記犠牲層に達する通気孔を設ける工程と、上記通気孔を介して上記犠牲層のエッチングを行う工程と、上記犠牲層を除去した後に上記通気孔を絶縁体によって封止する工程と、を含んでいる、請求項９に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項１１】
半導体基板の表面に第１の絶縁体層を形成する工程と、
上記第１の絶縁体層に、凹部を形成する工程と、
上記凹部の底部に第２の絶縁体層を形成する工程と、
上記凹部に犠牲層を形成する工程と、
上記犠牲層のうち上記第１の絶縁体層から露出する部分を第３の絶縁体層で覆う工程と、
上記第３の絶縁体層を挟み、上記犠牲層と重なるように、半導体層を形成する工程と、
上記犠牲層を除去して空洞部を形成する工程と、
を含み、
上記半導体層の上記空洞部と重なる部分が可動部となる、圧力センサの製造方法。
【請求項１２】
上記空洞部を形成する工程は、上記半導体層を貫通し、上記犠牲層に達する通気孔を設ける工程と、上記通気孔を介して上記犠牲層のエッチングを行う工程と、上記犠牲層を除去した後に上記通気孔を絶縁体によって封止する工程と、を含んでいる、請求項１１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項１３】
可動部と、上記可動部に設けられたピエゾ抵抗と、を備えた圧力センサであって、
表面に開口する空洞部が形成された半導体基板と、
上記半導体基板の表面に積層されており、積層方向に貫通する貫通孔を有する半導体層と、
上記貫通孔を封止する封止部材と、
を備えており、
上記半導体層の積層方向視において上記空洞部と重なる領域が上記可動部となっており、
上記貫通孔は、上記可動部に形成されている、圧力センサ。
【請求項１４】
上記封止部材は、上記貫通孔の、上記積層方向における上記半導体層の表面側の端部を封止している、請求項１３に記載の圧力センサ。
【請求項１５】
上記封止部材は、上記半導体層とは異なる材質により形成されている、請求項１３に記載の圧力センサ。
【請求項１６】
上記半導体層はケイ素により形成されており、上記封止部材は二酸化ケイ素により形成されている、請求項１５に記載の圧力センサ。
【請求項１７】
上記半導体層と上記半導体基板との間に酸化膜が設けられている、請求項１３に記載の圧力センサ。
【請求項１８】
上記空洞部が上記半導体基板の裏面に開口している、請求項１３に記載の圧力センサ。
【請求項１９】
上記ピエゾ抵抗が屈曲部を有する帯状に形成されている、請求項１３に記載の圧力センサ。
【請求項２０】
上記半導体基板は、上記積層方向に突出し、互いに対向する１３対の板状部材を有しており、
上記可動部および上記空洞部は、上記１対の板状部材の間に挟まれている、請求項１３に記載の圧力センサ。
【請求項２１】
可動部と、上記可動部に設けられたピエゾ抵抗と、を備えた圧力センサの製造方法であって、
半導体基板の表面側に半導体層を積層させる工程と、
上記半導体層を積層方向に貫通し、上記半導体基板の表面に達する貫通孔を形成する工程と、
上記貫通孔を介してエッチングを行うことにより、上記半導体基板に、表面に開口する空洞部を形成する工程と、
上記貫通孔に封止部材を詰めて封止する工程と、
を含む、圧力センサの製造方法。
【請求項２２】
上記半導体層をケイ素により形成し、
上記封止部材を二酸化ケイ素により形成する、請求項２１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項２３】
上記半導体基板の裏面に上記空洞部と繋がる開口部を形成する工程を含む、請求項２１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項２４】
上記可動部に屈曲部を有する溝を形成する工程と、
上記溝にピエゾ抵抗を形成する工程と、を含む請求項２１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項２５】
互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサであって、
半導体基板と、
上記半導体基板に積層された第１の絶縁体層と、
上記第１の絶縁体層を挟んで上記半導体基板に積層された半導体層と、
上記半導体層に積層された第２の絶縁体層と、
上記半導体基板に形成された第１の空洞部と、
積層方向視において上記第１の空洞部と重なり、かつ、上記第２の絶縁体層に接するように形成された第２の空洞部と、
を備えており、
上記固定電極は、上記第２の空洞部を挟んで上記第２の絶縁体層と対向しており、
上記可動電極は、上記半導体層の上記第１の空洞部と上記第２の空洞部とに挟まれた部分に形成されている、圧力センサ。
【請求項２６】
上記可動電極には、上記積層方向において上記半導体層を貫通する貫通孔が形成されており、
上記貫通孔を封止する封止部材を備えている、請求項２５に記載の圧力センサ。
【請求項２７】
上記封止部材は、上記半導体層とは異なる材質により形成されている、請求項２５に記載の圧力センサ。
【請求項２８】
上記半導体層はケイ素により形成されており、上記封止部材は二酸化ケイ素により形成されている、請求項２７に記載の圧力センサ。
【請求項２９】
上記第２の空洞部を挟んで上記第２の絶縁体層と対向する第３の絶縁体層を備えており、
上記固定電極は、上記第３の絶縁体層上に形成されている、請求項２５に記載の圧力センサ。
【請求項３０】
上記積層方向において上記固定電極を貫通し、上記積層方向における一方の端部が上記第２の空洞部に達する通気孔が設けられている、請求項２５に記載の圧力センサ。
【請求項３１】
上記半導体層と導通する可動電極端子が設けられている、請求項２５に記載の圧力センサ。
【請求項３２】
上記半導体基板は、上記積層方向に突出し、互いに対向する１対の板状部材を有しており、
上記可動電極、および、上記第２の空洞部は、上記１対の板状部材の間に挟まれている、請求項２５に記載の圧力センサ。
【請求項３３】
上記１対の板状部材に積層され、上記１対の板状部材の少なくとも一方の表面を露出させる開口部を有する保護層と、上記開口部を介して上記半導体基板に導通する接地電極端子と、を備えている、請求項３２に記載の圧力センサ。
【請求項３４】
互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサの製造方法であって、
半導体基板の表面に第１の絶縁体層を形成する工程と、
上記第１の絶縁体層の表面に半導体層を積層する工程と、
上記半導体層に凹部を形成する工程と、
上記凹部の底面に第２の絶縁体層を形成する工程と、
上記凹部の底部に、上記積層方向に延び、上記第２の絶縁体層、上記半導体層、および、上記第１の絶縁体層を貫通する通気孔を形成する工程と、
上記通気孔を介してエッチングを行うことにより、上記半導体基板に第１の空洞部を形成する工程と、
上記通気孔を封止する工程と、
上記凹部に犠牲層を形成する工程と、
上記犠牲層に金属層を積層する工程と、
上記金属層から上記固定電極を形成する工程と、
上記犠牲層を除去し、第２の空洞部を形成する工程と、
を有している、圧力センサの製造方法。
【請求項３５】
上記凹部に上記犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層に上記金属層を積層する工程との間に、
上記犠牲層の表面に第３の絶縁体層を形成する工程と、
上記第３の絶縁体層に積層方向に貫通する貫通孔を形成する工程と、
を含んでおり、
上記金属層から上記固定電極を形成する工程において、上記貫通孔を露出させるように上記固定電極を形成し、
上記犠牲層を除去し、第２の空洞部を形成する工程は、上記貫通孔を介して上記犠牲層をエッチングする工程を有している、請求項３４に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３６】
上記半導体層と導通する可動電極端子を形成する工程を有する、請求項３４に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３７】
上記半導体基板を、表面から上記積層方向に突出し、互いに対向する１対の板状部材を有する形状に加工する工程を有しており、
上記半導体層に凹部を形成する工程においては、上記１対の板状部材が向かい合う方向において、上記１対の板状部材に挟まれるように、上記凹部を形成する、請求項３４に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３８】
上記１対の板状部材を有する形状に加工する工程は、
上記半導体基板に、上記積層方向視において上記第１の板状部材に対応する領域を覆う保護層を形成する工程と、
上記積層方向視において上記保護層によって保護された領域が残留するように他の部分を積層方向に削る工程と、を有しており、
上記保護層に、上記半導体基板の一部を露出させる開口部を形成する工程と、
上記開口部を介して上記半導体基板と導通する接地電極端子を形成する工程と、
を有している、請求項３７に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３９】
互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサであって、
上記可動電極に対して絶縁され、上記可動電極を支持する半導体基板を備えており、
上記半導体基板の面内方向において上記固定電極と上記可動電極とが対向している、圧力センサ。
【請求項４０】
上記可動電極が上記半導体基板とは異なる材質からなる、請求項３９に記載の圧力センサ。
【請求項４１】
上記固定電極は、上記半導体基板から上記面内方向と直交する方向に突出するように形成された板状部材に設けられている、請求項３９に記載の圧力センサ。
【請求項４２】
上記板状部材は、上記半導体基板の一部である、請求項４１に記載の圧力センサ。
【請求項４３】
上記板状部材は、上記可動電極と同じ材質で形成されている、請求項４１に記載の圧力センサ。
【請求項４４】
上記面内方向における上記固定電極と上記可動電極との間に、外気から遮断された密閉空間が設けられている、請求項３９に記載の圧力センサ。
【請求項４５】
上記半導体基板から起立する壁部を備えており、
上記面内方向において、上記固定電極と上記可動電極との間隔が、上記可動電極と上記壁部との間隔よりも短くなるように、上記可動電極が上記壁部と上記固定電極との間に配置されている、請求項３９に記載の圧力センサ。
【請求項４６】
上記壁部は、上記半導体基板の一部である、請求項４５に記載の圧力センサ。
【請求項４７】
上記壁部が、上記可動電極と同じ材質で形成されている、請求項４５に記載の圧力センサ。
【請求項４８】
上記面内方向における上記可動電極と上記壁部との間に、外気を取り込み可能な気体導入空間が設けられており、
上記面内方向における上記固定電極と上記可動電極との間に、外気から遮断された密閉空間が設けられている、請求項４５に記載の圧力センサ。
【請求項４９】
上記面内方向における上記可動電極と上記壁部との間に、外気から遮断された密閉空間が設けられており、
上記面内方向における上記固定電極と上記可動電極との間に、外気を取り込み可能な気体導入空間が設けられている、請求項４５に記載の圧力センサ。
【請求項５０】
上記半導体基板の面内方向において対向する追加の可動電極および追加の固定電極と、
上記半導体基板から起立する追加の壁部と、を備えており、
上記半導体基板の面内方向において、上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間隔が、上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間隔よりも短くなるように、上記追加の可動電極が上記追加の壁部と上記追加の固定電極との間に配置されており、
上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間および上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間に外気を取り込み可能な追加の気体導入空間が設けられている、請求項４８に記載の圧力センサ。
【請求項５１】
上記半導体基板の面内方向において対向する追加の可動電極および追加の固定電極と、
上記半導体基板から起立する追加の壁部と、を備えており、
上記半導体基板の面内方向において、上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間隔が、上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間隔よりも短くなるように、上記追加の可動電極が上記追加の壁部と上記追加の固定電極との間に配置されており、
上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間および上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間に外気から遮断された密閉空間が設けられている、請求項４８に記載の圧力センサ。
【請求項５２】
上記追加の壁部は、上記半導体基板の一部である、請求項５０に記載の圧力センサ。
【請求項５３】
上記壁部、上記追加の可動電極および上記追加の壁部が、上記可動電極と同じ材質で形成されている、請求項５０に記載の圧力センサ。
【請求項５４】
上記追加の可動電極と上記追加の固定電極とが対向する方向が、上記可動電極と上記固定電極とが対向する方向と同一である、請求項５０に記載の圧力センサ。
【請求項５５】
上記可動電極と上記固定電極とが対向する方向において上記壁部と上記追加の壁部とが対向するように形成されている、請求項５４に記載の圧力センサ。
【請求項５６】
互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサの製造方法であって、
半導体材料に対して第１の方向を侵食方向としてエッチングを施す工程と、
上記第１の方向と直交する第２の方向に垂直な電極面を有する固定電極を形成する工程と、
上記第２の方向において、上記固定電極の電極面と対向する電極面を有する可動電極を形成する工程と、
を備えている、圧力センサの製造方法。
【請求項５７】
上記可動電極を形成する工程は、上記半導体材料の残部に半導体層を積層する工程と、上記半導体層に対して第１の方向を侵食方向としてエッチングを施す工程と、を有しており、
上記半導体層の残部として上記可動電極が形成される、請求項５６に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項５８】
上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体材料の残部として上記固定電極が形成される、請求項５６に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項５９】
上記半導体層にエッチングを施す工程において、上記固定電極が上記半導体層の残部として形成される、請求項５７に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項６０】
上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体材料の残部として上記第２の方向において上記固定電極の電極面と対向する側面を有する壁部を形成し、
上記可動電極を形成する工程において、上記第２の方向において、上記壁部と上記固定電極との間であって、上記壁部よりも上記固定電極に近い位置に、上記可動電極を形成する、請求項５６に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項６１】
上記半導体材料が、半導体基板と、上記半導体基板に積層された半導体層とによって構
成されており、
上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体層をエッチングし、上記半導体層の残部として、上記固定電極と上記可動電極とを形成する、請求項５６に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項６２】
上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体層の残部として上記第２の方向において上記固定電極の電極面と対向する側面を有する壁部を形成し、
上記第２の方向において、上記壁部と上記固定電極との間の、上記壁部よりも上記固定電極により近い位置に上記可動電極を形成する、請求項６１に記載の圧力センサの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造技術を利用して製造される圧力センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５４には、特許文献１に記載されている従来の圧力センサ９０１の製造工程の一例を示している。図１５４に示すように、圧力センサ９０１は、空洞部１９３および絶縁体層１９４を隔てて向かい合う２枚の半導体基板１９１，１９２を貼り合わせることによって製造される。半導体基板１９２を研磨することにより、上下方向において空洞部１９３と重なる領域１９５にシリコン膜が形成される。圧力センサ９０１は、たとえば、このシリコン膜と半導体基板１９１との間の静電容量変化を検知することによって、圧力変化を検出することができる。【０００３】
しかしながら、このような圧力センサ９０１は、上述したように２枚の半導体基板１９１，１９２を用意し、それらを貼り合わせる必要がある。加えて、半導体基板１９１，１９２の双方に配線加工を施し、電極を設ける必要もあるため、製造工程が煩雑となっていた。これらのことから、圧力センサ９０１は、製造コストが高くなってしまう問題があった。【０００４】
図１５５には、特許文献１に記載されている従来の静電容量式の圧力センサ９０３の一例を示している。図１５５に示すように、圧力センサ９０３は、平板状の台座基板３９１、酸化膜３９２、可動電極３９３、絶縁体層３９４、３９５、金属配線３９６，３９７、および、空洞部３９８を備えている。台座基板３９１は、ケイ素からなり、その表面付近には、ホウ素イオンが注入拡散された固定電極３９１ａが形成されている。可動電極３９３は、ケイ素からなる材料基板の一部にホウ素イオンを注入拡散し、その他の部分を除去することにより形成されており、酸化膜３９２によって支持されている。この可動電極３９３は、その材料基板を台座基板３９１に対して平行に配置することにより、固定電極３９１ａと平行となるように形成されている。絶縁体層３９４は、台座基板３９１と酸化膜３９２とを絶縁している。絶縁体層３９５は、酸化膜３９２および可動電極３９３の表面を覆うように形成されている。空洞部３９８は、台座基板３９１の表面の法線方向（積層方向）において、固定電極３９１ａと可動電極３９３とを離間させるように形成されている。金属配線３９６は、可動電極３９３と導通しており、金属配線３９７は、固定電極３９１ａと導通している。このような圧力センサ９０３は、積層方向において対向する固定電極３９１ａと可動電極３９３との間の静電容量変化を検知することによって、圧力変化を検出することができる。【０００５】
近年、電子機器の小型化の要請に伴い、圧力センサの小型化が検討されている。しかしながら、一方で、静電容量変化をより正確に検知するためには、固定電極３９１ａと可動電極３９３との間の静電容量を大きくするのが好ましく、台座基板３９１の積層方向視における固定電極３９１ａと可動電極３９３との対向面積を大きくする必要があった。このため、積層方向視における可動電極３９３の面積を小さくするのが困難であり、圧力センサ９０３の小型化を図る上での障害となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２８５０５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より高精度、かつ、より容易に製造可能な圧力センサを提供することをその課題とする。また、小型化を図ることが可能な圧力センサおよびその製造方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される圧力センサは、半導体基板と、上記半導体基板上に積層された絶縁体層と、上記半導体基板上に、上記絶縁体層を挟んで積層された半導体層と、上記半導体基板と上記半導体層との間に設けられた空洞部と、を備えており、  上記半導体層の積層方向視において上記空洞部と重なる領域が可動部となっており、上記空洞部は、上記絶縁体層によって囲まれている。【０００９】
好ましい実施形態においては、上記半導体基板は、上記積層方向に凹む凹部を有しており、上記空洞部は上記凹部内に設けられている。【００１０】
好ましい実施形態においては、上記半導体層が上記凹部外に形成されている。【００１１】
好ましい実施形態においては、上記半導体層が上記凹部内に形成されている。【００１２】
好ましい実施形態においては、上記半導体層と導通する第１の電極と、上記半導体基板と導通する第２の電極と、を備えている。【００１３】
好ましい実施形態においては、上記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、上記半導体層は、多結晶シリコンによって形成されており、上記絶縁体層は、二酸化珪素によって形成されている。【００１４】
本発明の第２の側面によって提供される圧力センサの製造方法は、半導体基板に凹部を形成する工程と、上記凹部の全面を第１の絶縁体層で覆う工程と、上記凹部を上記第１の絶縁体層で覆った後に、上記凹部に犠牲層を充填する工程と、上記犠牲層のうち上記第１の絶縁体層から露出する部分を第２の絶縁体層で覆う工程と、上記第２の絶縁体層を挟み、上記犠牲層と重なるように、半導体層を形成する工程と、上記犠牲層を除去して空洞部を形成する工程と、を含み、上記半導体層の上記空洞部と重なる部分が可動部となる。【００１５】
本発明の第３の側面によって提供される圧力センサの製造方法は、半導体基板に凹部を形成する工程と、上記凹部の全面を第１の絶縁体層で覆う工程と、上記凹部を上記第１の絶縁体層で覆った後に、上記凹部の底部寄りの一部を埋める犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層のうち上記第１の絶縁体層から露出する部分を第２の絶縁体層で覆う工程と、上記第２の絶縁体層を挟み、上記犠牲層と重なるように、半導体層を上記凹部内に形成する工程と、上記犠牲層を除去して空洞部を形成する工程と、を含み、上記半導体層が可動部となる。【００１６】
本発明の第４の側面によって提供される圧力センサの製造方法は、半導体基板の表面に第１の絶縁体層を形成する工程と、上記第１の絶縁体層に、凹部を形成する工程と、上記凹部の底部に第２の絶縁体層を形成する工程と、上記凹部に犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層のうち上記第１の絶縁体層から露出する部分を第３の絶縁体層で覆う工程と、上記第３の絶縁体層を挟み、上記犠牲層と重なるように、半導体層を形成する工程と、上記犠牲層を除去して空洞部を形成する工程と、を含み、上記半導体層の上記空洞部と重なる部分が可動部となる。【００１７】
好ましい実施形態においては、上記空洞部を形成する工程は、上記半導体層を貫通し、上記犠牲層に達する通気孔を設ける工程と、上記通気孔を介して上記犠牲層のエッチングを行う工程と、上記犠牲層を除去した後に上記通気孔を絶縁体によって封止する工程と、を含んでいる。【００１８】
本発明の第５の側面によって提供される圧力センサは、可動部と、上記可動部に設けられたピエゾ抵抗と、を備えた圧力センサであって、表面に開口する空洞部が形成された半導体基板と、上記半導体基板の表面に積層されており、積層方向に貫通する貫通孔を有する半導体層と、上記貫通孔を封止する封止部材と、を備えており、上記半導体層の積層方向視において上記空洞部と重なる領域が上記可動部となっており、上記貫通孔は、上記可動部に形成されている。【００１９】
好ましい実施形態においては、上記封止部材は、上記貫通孔の、上記積層方向における上記半導体層の表面側の端部を封止している。【００２０】
好ましい実施形態においては、上記封止部材は、上記半導体層とは異なる材質により形成されている。【００２１】
好ましい実施形態においては、上記半導体層はケイ素により形成されており、上記封止部材は二酸化ケイ素により形成されている。【００２２】
好ましい実施形態においては、上記半導体層と上記半導体基板との間に酸化膜が設けられている。【００２３】
好ましい実施形態においては、上記空洞部が上記半導体基板の裏面に開口している。【００２４】
好ましい実施形態においては、上記ピエゾ抵抗が屈曲部を有する帯状に形成されている。【００２５】
好ましい実施形態においては、上記半導体基板は、上記積層方向に突出し、互いに対向する１対の板状部材を有しており、上記可動部および上記空洞部は、上記１対の板状部材の間に挟まれている。【００２６】
本発明の第６の側面によって提供される圧力センサの製造方法は、可動部と、上記可動部に設けられたピエゾ抵抗と、を備えた圧力センサの製造方法であって、半導体基板の表面側に半導体層を積層させる工程と、上記半導体層を積層方向に貫通し、上記半導体基板の表面に達する貫通孔を形成する工程と、上記貫通孔を介してエッチングを行うことにより、上記半導体基板に、表面に開口する空洞部を形成する工程と、上記貫通孔に封止部材を詰めて封止する工程と、を含む。【００２７】
好ましい実施形態においては、上記半導体層をケイ素により形成し、上記封止部材を二酸化ケイ素により形成する。【００２８】
好ましい実施形態においては、上記半導体基板の裏面に上記空洞部と繋がる開口部を形成する工程を含んでいる。【００２９】
好ましい実施形態においては、上記可動部に屈曲部を有する溝を形成する工程と、上記溝にピエゾ抵抗を形成する工程と、を含んでいる。【００３０】
本発明の第７の側面によって提供される圧力センサは、互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサであって、半導体基板と、上記半導体基板に積層された第１の絶縁体層と、上記第１の絶縁体層を挟んで上記半導体基板に積層された半導体層と、上記半導体層に積層された第２の絶縁体層と、上記半導体基板に形成された第１の空洞部と、積層方向視において上記第１の空洞部と重なり、かつ、上記第２の絶縁体層に接するように形成された第２の空洞部と、を備えており、上記固定電極は、上記第２の空洞部を挟んで上記第２の絶縁体層と対向しており、上記可動電極は、上記半導体層の上記第１の空洞部と上記第２の空洞部とに挟まれた部分に形成されている。【００３１】
好ましい実施形態においては、上記可動電極には、上記積層方向において上記半導体層を貫通する貫通孔が形成されており、上記貫通孔を封止する封止部材を備えている。【００３２】
好ましい実施形態においては、上記封止部材は、上記半導体層とは異なる材質により形成されている。【００３３】
好ましい実施形態においては、上記半導体層はケイ素により形成されており、上記封止部材は二酸化ケイ素により形成されている。【００３４】
好ましい実施形態においては、上記第２の空洞部を挟んで上記第２の絶縁体層と対向する第３の絶縁体層を備えており、上記固定電極は、上記第３の絶縁体層上に形成されている。【００３５】
好ましい実施形態においては、上記積層方向において上記固定電極を貫通し、上記積層方向における一方の端部が上記第２の空洞部に達する通気孔が設けられている。【００３６】
好ましい実施形態においては、上記半導体層と導通する可動電極端子が設けられている。【００３７】
好ましい実施形態においては、上記半導体基板は、上記積層方向に突出し、互いに対向する１対の板状部材を有しており、上記可動電極、および、上記第２の空洞部は、上記１対の板状部材の間に挟まれている。【００３８】
より好ましい実施形態においては、上記１対の板状部材に積層され、上記１対の板状部材の少なくとも一方の表面を露出させる開口部を有する保護層と、上記開口部を介して上記半導体基板に導通する接地電極端子と、を備えている。【００３９】
本発明の第８の側面によって提供される圧力センサの製造方法は互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサの製造方法であって、半導体基板の表面に第１の絶縁体層を形成する工程と、上記第１の絶縁体層の表面に半導体層を積層する工程と、上記半導体層に凹部を形成する工程と、上記半導体層の表面に第２の絶縁体層を形成する工程と、上記凹部の底部に、上記積層方向に延び、上記第２の絶縁体層、上記半導体層、および、上記第１の絶縁体層を貫通する通気孔を形成する工程と、上記通気孔を介してエッチングを行うことにより、上記半導体基板に第１の空洞部を形成する工程と、上記通気孔を封止する工程と、上記凹部に犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層に金属層を積層する工程と、上記金属層から上記固定電極を形成する工程と、上記犠牲層を除去し、第２の空洞部を形成する工程と、を有している。【００４０】
好ましい実施形態においては、上記凹部に上記犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層に上記金属層を積層する工程との間に、上記犠牲層の表面に第３の絶縁体層を形成する工程と、上記第３の絶縁体層に積層方向に貫通する貫通孔を形成する工程と、を含んでおり、上記金属層から上記固定電極を形成する工程において、上記貫通孔を露出させるように上記固定電極を形成し、上記犠牲層を除去し、第２の空洞部を形成する工程は、上記貫通孔を介して上記犠牲層をエッチングする工程を有している。【００４１】
好ましい実施形態においては、上記半導体層と導通する可動電極端子を形成する工程を有する。【００４２】
好ましい実施形態においては、上記半導体基板を、表面から上記積層方向に突出し、互いに対向する１対の板状部材を有する形状に加工する工程を有しており、上記半導体層に凹部を形成する工程においては、上記１対の板状部材が向かい合う方向において、上記１対の板状部材に挟まれるように、上記凹部を形成する。【００４３】
好ましい実施形態においては、上記１対の板状部材を有する形状に加工する工程は、上記半導体基板に、上記積層方向視において上記第１の板状部材に対応する領域を覆う保護層を形成する工程と、上記積層方向視において上記保護層によって保護された領域が残留するように他の部分を積層方向に削る工程と、を有しており、上記保護層に、上記半導体基板の一部を露出させる開口部を形成する工程と、上記開口部を介して上記半導体基板と導通する接地電極端子を形成する工程と、を有している。【００４４】
本発明の第９の側面によって提供される圧力センサは、互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサであって、上記可動電極に対して絶縁され、上記可動電極を支持する半導体基板を備えており、上記半導体基板の面内方向において上記固定電極と上記可動電極とが対向している。【００４５】
好ましい実施形態においては、上記可動電極は、上記半導体基板とは異なる材質からなる。【００４６】
好ましい実施形態においては、上記固定電極は、上記半導体基板から上記面内方向と直交する方向に突出するように形成された板状部材に設けられている。【００４７】
より好ましい実施形態においては、上記板状部材は、上記半導体基板の一部である。【００４８】
より好ましい実施形態においては、上記板状部材は、上記可動電極と同じ材質で形成されている。【００４９】
好ましい実施形態においては、上記面内方向における上記固定電極と上記可動電極との間に、外気から遮断された密閉空間が設けられている。【００５０】
好ましい実施形態においては、上記半導体基板から起立する壁部を備えており、上記面内方向において、上記固定電極と上記可動電極との間隔が、上記可動電極と上記壁部との間隔よりも短くなるように、上記可動電極が上記壁部と上記固定電極との間に配置されている。【００５１】
より好ましい実施形態においては、上記壁部は、上記半導体基板の一部である。【００５２】
別の好ましい実施形態においては、上記壁部が、上記可動電極と同じ材質で形成されている。【００５３】
好ましい実施形態においては、上記面内方向における上記可動電極と上記壁部との間に、外気を取り込み可能な気体導入空間が設けられており、上記面内方向における上記固定電極と上記可動電極との間に、外気から遮断された密閉空間が設けられている。【００５４】
別の好ましい実施形態においては、上記面内方向における上記可動電極と上記壁部との間に、外気から遮断された密閉空間が設けられており、上記面内方向における上記固定電極と上記可動電極との間に、外気を取り込み可能な気体導入空間が設けられている。【００５５】
より好ましい実施形態においては、上記半導体基板の面内方向において対向する追加の可動電極および追加の固定電極と、上記半導体基板から起立する追加の壁部と、を備えており、上記半導体基板の面内方向において、上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間隔が、上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間隔よりも短くなるように、上記追加の可動電極が上記追加の壁部と上記追加の固定電極との間に配置されており、上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間および上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間に外気を取り込み可能な追加の気体導入空間が設けられている。【００５６】
別のより好ましい実施形態においては、上記半導体基板の面内方向において対向する追加の可動電極および追加の固定電極と、上記半導体基板から起立する追加の壁部と、を備えており、上記半導体基板の面内方向において、上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間隔が、上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間隔よりも短くなるように、上記追加の可動電極が上記追加の壁部と上記追加の固定電極との間に配置されており、上記追加の可動電極と上記追加の壁部との間および上記追加の固定電極と上記追加の可動電極との間に外気から遮断された密閉空間が設けられている。【００５７】
より好ましい実施の形態においては、上記追加の壁部は、上記半導体基板の一部である。【００５８】
別のより好ましい実施形態においては、上記壁部、上記追加の可動電極および上記追加の壁部が、上記可動電極と同じ材質で形成されている。【００５９】
より好ましい実施の形態においては、上記追加の可動電極と上記追加の固定電極とが対向する方向が、上記可動電極と上記固定電極とが対向する方向と同一である。【００６０】
さらに好ましくは、上記可動電極と上記固定電極とが対向する方向において上記壁部と上記追加の壁部とが対向するように形成されている。【００６１】
本発明の第１０の側面によって提供される圧力センサの製造方法は、互いに平行に配置された可動電極および固定電極を備えた圧力センサの製造方法であって、半導体材料に対して第１の方向を侵食方向としてエッチングを施す工程と、上記第１の方向と直交する第２の方向に垂直な電極面を有する固定電極を形成する工程と、上記第２の方向において、上記固定電極の電極面と対向する電極面を有する可動電極を形成する工程と、を備えている。【００６２】
好ましい実施形態においては、上記可動電極を形成する工程は、上記半導体材料の残部に半導体層を積層する工程と、上記半導体層に対して上記第１の方向を侵食方向としてエッチングを施す工程と、を有しており、上記半導体層の残部として上記可動電極が形成される。【００６３】
より好ましい実施形態においては、上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体材料の残部として上記固定電極が形成される。【００６４】
別の好ましい実施形態においては、上記半導体層にエッチングを施す工程において、上記固定電極が上記半導体層の残部として形成される。【００６５】
好ましい実施形態においては、上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体材料の残部として上記第２の方向において上記固定電極の電極面と対向する側面を有する壁部を形成し、上記可動電極を形成する工程において、上記第２の方向において、上記壁部と上記固定電極との間であって、上記壁部よりも上記固定電極に近い位置に、上記可動電極を形成する。【００６６】
別の好ましい実施形態においては、上記半導体材料が、半導体基板と、上記半導体基板に積層された半導体層とによって構成されており、上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体層をエッチングし、上記半導体層の残部として、上記固定電極と上記可動電極とを形成する。【００６７】
より好ましい実施形態においては、上記半導体材料にエッチングを施す工程において、上記半導体層の残部として上記第２の方向において上記固定電極の電極面と対向する側面を有する壁部を形成し、上記第２の方向において、上記壁部と上記固定電極との間の、上記壁部よりも上記固定電極により近い位置に上記可動電極を形成する。【００６８】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図２に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。
【図４】図３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図５】図４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図６】図５の工程に続く工程を示す断面図である。
【図７】図６の工程に続く工程を示す断面図である。
【図８】図７の工程に続く工程を示す断面図である。
【図９】図８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１０】図９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１１】図１０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１２】図１１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３】図１２の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１４】図１３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１５】図１４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１６】図１５の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１７】図１６の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１８】図１７の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図２０】図１９のＸＸ−ＸＸ線に沿う断面図である。
【図２１】図２０に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。
【図２２】図２１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図２３】図２２の工程に続く工程を示す断面図である。
【図２４】図２３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図２５】図２４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図２６】図２５の工程に続く工程を示す断面図である。
【図２７】図２６の工程に続く工程を示す断面図である。
【図２８】図２７の工程に続く工程を示す断面図である。
【図２９】図２８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図３０】図２９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図３１】図３０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図３２】図３１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図３３】図３２の工程に続く工程を示す断面図である。
【図３４】図３３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図３５】図３４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図３６】本発明の第３実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図３７】図３６のＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図３８】図３７に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。
【図３９】図３８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４０】図３９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４１】図４０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４２】図４１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４３】図４２の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４４】図４３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４５】図４４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４６】図４５の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４７】図４６の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４８】図４７の工程に続く工程を示す断面図である。
【図４９】図４８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図５０】図４９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図５１】図５０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図５２】図５１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図５３】図５２の工程に続く工程を示す断面図である。
【図５４】本発明の第４実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図５５】図５４のＬＶ−ＬＶ線に沿う断面図である。
【図５６】図５５に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。
【図５７】図５６の工程に続く工程を示す平面図である。
【図５８】図５７のＬＶＩＩＩ−ＬＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図５９】図５８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図６０】図５９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図６１】図６０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図６２】図６１の工程に続く工程を示す平面図である。
【図６３】図６２のＬＸＩＩＩ−ＬＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図６４】図６３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図６５】図６４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図６６】図６５の工程に続く工程を示す平面図である。
【図６７】図６６のＬＸＶＩＩ−ＬＸＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図６８】図６７の工程に続く工程を示す平面図である。
【図６９】図６８のＬＸＩＸ−ＬＸＩＸ線に沿う断面図である。
【図７０】本発明の第５実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図７１】図７０のＬＸＸＩ−ＬＸＸＩ線に沿う断面図である。
【図７２】図７０に示す圧力センサの製造工程の一部を示す平面図である。
【図７３】図７２のＬＸＸＩＩＩ−ＬＸＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図７４】本発明の第６実施形態に基づく圧力センサを示す断面図である。
【図７５】本発明の第７実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図７６】図７５のＬＸＸＶＩ−ＬＸＸＶＩ線に沿う断面図である。
【図７７】図７５に示す圧力センサの製造工程を示す平面図である。
【図７８】図７７のＬＸＸＶＩＩＩ−ＬＸＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図７９】図７８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図８０】図７９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図８１】図８０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図８２】図８１の工程に続く工程を示す平面図である。
【図８３】図８２のＬＸＸＸＩＩＩ−ＬＸＸＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図８４】図８２の工程に続く工程を示す平面図である。
【図８５】図８４のＬＸＸＸＶ−ＬＸＸＸＶ線に沿う断面図である。
【図８６】本発明の第８実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図８７】図８６のＬＸＸＸＶＩＩ−ＬＸＸＸＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８８】図８７に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。
【図８９】図８８の工程に続く工程を示す平面図である。
【図９０】図８９のＸＣ−ＸＣ線に沿う断面図である。
【図９１】図９０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図９２】図９１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図９３】図９２の工程に続く工程を示す平面図である。
【図９４】図９３のＸＣＩＶ−ＸＣＩＶ線に沿う断面図である。
【図９５】図９４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図９６】図９５の工程に続く工程を示す断面図である。
【図９７】図９６の工程に続く工程を示す断面図である。
【図９８】図９７の工程に続く工程を示す断面図である。
【図９９】図９８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１００】図９９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１０１】図１００の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１０２】図１０１の工程に続く工程を示す平面図である。
【図１０３】図１０２のＣＩＩＩ−ＣＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１０４】図１０３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１０５】図１０４の工程に続く工程を示す平面図である。
【図１０６】図１０５のＣＶＩ−ＣＶＩ線に沿う断面図である。
【図１０７】本発明の第９実施形態に基づく圧力センサを示す断面図である。
【図１０８】本発明の第１０実施形態に基づく圧力センサを示す断面図である。
【図１０９】本発明の第１１実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図１１０】図１０９のＣＸ−ＣＸ線に沿う断面図である。
【図１１１】図１１０に示す圧力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１１２】図１１１のＣＸＩＩ−ＣＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１１３】図１１２の工程に続く工程を示す断面図である
【図１１４】図１１３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１１５】図１１４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１１６】図１１５の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１１７】図１１６の工程に続く工程を示す平面図である
【図１１８】図１１７のＣＸＶＩＩＩ−ＣＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１１９】図１１８の工程の後に図９１〜図１０１に示す工程を行った後の状態を示す断面図である。
【図１２０】図１１９の状態になった後に行う工程を示す平面図である。
【図１２１】図１２０のＣＸＸＩ−ＣＸＸＩ線に沿う断面図である。
【図１２２】図１２１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１２３】図１２２の工程に続く工程を示す平面図である。
【図１２４】図１２３のＣＸＸＩＶ−ＣＸＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１２５】本発明の第１２実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図１２６】図１２５のＣＸＸＶＩ−ＣＸＸＶＩ線に沿う断面図である。
【図１２７】図１２６に示す圧力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１２８】図１２７のＣＸＸＶＩＩＩ−ＣＸＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１２９】図１２８の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３０】図１２９の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３１】図１３０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３２】図１３１の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３３】図１３２の工程に続く工程を示す平面図である。
【図１３４】図１３３のＣＸＸＸＩＶ−ＣＸＸＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１３５】図１３４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３６】図１３５の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３７】図１３６の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３８】図１３７の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１３９】図１３８の工程に続く工程を示す平面図である。
【図１４０】図１３９のＣＸＬ−ＣＸＬ線に沿う断面図である。
【図１４１】図１４０の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１４２】図１４１の工程に続く工程を示す平面図である。
【図１４３】図１４２のＣＸＬＩＩＩ−ＣＸＬＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１４４】図１４３の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１４５】図１４４の工程に続く工程を示す断面図である。
【図１４６】本発明の第１３実施形態に基づく圧力センサを示す平面図である。
【図１４７】図１４６のＣＸＬＶＩＩ−ＣＸＬＶＩＩ線に沿う断面図である
【図１４８】本発明の第１３実施形態に基づく圧力センサを示す断面図である。
【図１４９】図１４８に示す圧力センサの製造工程の一部を示す断面図である。
【図１５０】本発明の第１５実施形態に基づく圧力センサを示す断面図である。
【図１５１】図１５０に示す圧力センサの半導体材料を示す断面図である。
【図１５２】図１５０に示す圧力センサの製造方法の一部を示す平面図である。
【図１５３】図１５２のＣＬＩＩＩ−ＣＬＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１５４】従来の圧力センサの製造工程の一例を示す断面図である。
【図１５５】従来の圧力センサの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００７１】
図１および図２は、本発明の第１実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ１は、半導体基板１０上に絶縁体層２０および半導体層３０が積層された構造を有しており、空洞部１３と、可動部３１と、電極５１，５２と、を備えている。
【００７２】
半導体基板１０は、たとえば単結晶シリコン（Ｓｉ）基板であり、中央に積層方向（図２中の上下方向）に凹む凹部１１が形成されている。この凹部１１内に空洞部１３が形成されている。空洞部１３は真空となっている。空洞部１３の上下方向長さは、たとえば１〜５μｍであり、左右方向長さは、たとえば１００〜５００μｍである。
【００７３】
一方、半導体層３０は、たとえば多結晶シリコンにより形成されている。半導体層３０の厚みは、たとえば、２〜１０μｍである。半導体層３０は、半導体基板１０の図２中の右端部を除くほぼ全面に渡って形成されている。ただし、後述する製造工程において形成される通気孔に相当する部分においても、半導体層３０は欠落している。
【００７４】
絶縁体層２０は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ2）により形成されている。絶縁体層２０は、後述するように形成過程が異なる絶縁体層２１，２２，２３，２７により構成されている。
【００７５】
絶縁体層２１は、半導体基板１０の凹部１１を除く部分と半導体層３０との間を絶縁するように形成されている。絶縁体層２１の厚みは、たとえば、０．３〜２．０μｍである。絶縁体層２２は、凹部１１の表面を覆うように形成されている。絶縁体層２２の厚みは、たとえば、０．３〜２．０μｍである。絶縁体層２３は、空洞部１３に面する半導体層３０の下面を覆うように形成されている。絶縁体層２３の厚みは、たとえば、０．３〜２．０μｍである。絶縁体層２７は、半導体層３０および半導体基板１０の図２中の右端部を覆うように形成されている。半導体層３０上の絶縁体層２７の厚みは、たとえば、０．３〜２．０μｍである。絶縁体層２７には、後述する製造工程において形成される通気孔１３Ａに相当する部分を封止する複数の封止部２７ａが形成されている。封止部２７ａは、その周囲と比較して凹むように形成されている。なお、ＣＭＰ（化学機械研磨）を施すことにより、封止部２７ａを平坦に形成することも可能である。さらに、絶縁体層２７の図２中左端部には積層方向に貫通する貫通孔２７ｂが形成されており、絶縁体層２７の図２中右端部には積層方向に貫通する貫通孔２７ｃが形成されている。
【００７６】
電極５１は、貫通孔２７ｂを通して半導体層３０と導通するように形成されている。電極５２は、貫通孔２７ｃを通して半導体基板１０と導通するように形成されている。
【００７７】
可動部３１は、半導体層３０の積層方向において空洞部１３と重なる部分と、その上下の絶縁体層２３，２７とによって構成されている。この可動部３１は、積層方向において上下に揺動可能となっている。
【００７８】
次に、圧力センサ１の製造方法について、図３〜図１８を参照しつつ説明を行う。
【００７９】
まず、単結晶シリコンからなる半導体基板１０を用意する。このとき用意する半導体基板１０の厚みは、たとえば、３００〜７００μｍである。次に、図３に示すように、半導体基板１０の表面にＳｉＯ2からなる絶縁体層２１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体基板１０の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【００８０】
次に、図４に示すように、絶縁体層２１に、半導体基板１０の表面を露出させる開口部２１ａを形成する工程を行う。この工程は、開口部２１ａを形成する領域を露出させる樹脂製レジストを設け、フッ酸（ＨＦ）水を用いたウェットエッチングを施すことにより行われる。
【００８１】
次に、図５に示すように、半導体基板１０に凹部１１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、フッ素単原子（Ｆ）を含有するガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。Ｆは、シリコン（Ｓｉ）と反応する一方、ＳｉＯ2とは反応しない。従って、絶縁体層２１はエッチングされずに、開口部２１ａから露出する半導体基板１０がエッチングされ、凹部１１が形成される。この工程において、ドライエッチングを行う時間を調整することにより、凹部１１の深さを任意の長さにすることが可能である。なお、Ｆを含むガスは、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスまたは六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスを放電によって分解することで得ることができる。
【００８２】
次に、図６に示すように、絶縁体層２２を形成する工程を行う。この工程は、凹部１１の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【００８３】
次に、図７に示すように、凹部１１に犠牲層１２を形成する工程を行う。犠牲層１２は、多結晶シリコンからなる層である。この工程は、たとえば、凹部１１内に多結晶シリコンを埋め込むことにより行われる。凹部１１に埋め込む多結晶シリコンには、予め、犠牲層１２の表面の高さ位置が絶縁体層２１の表面の高さ位置と同じとなるように加工を施しておく。あるいは、埋め込み後に研磨を施すことにより犠牲層１２の表面の高さ位置が絶縁体層２１の表面の高さ位置と同じとする。
【００８４】
次に、図８に示すように、ＳｉＯ2からなる絶縁体層２３を形成する工程を行う。この工程は、犠牲層１２の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【００８５】
次に、図９に示すように、半導体層３０を形成する工程を行う。この工程は、たとえば化学気相成長（ＣＶＤ）法を用い、絶縁体層２１，２３の表面に多結晶シリコンを成長させることで行うことができる。
【００８６】
次に、図１０に示すように、半導体層３０の表面にＳｉＯ2からなる絶縁体層２４を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体層３０の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【００８７】
次に、図１１に示すように、絶縁体層２４に複数の貫通孔２４ａを形成する工程を行う。この工程では、同時に、半導体層３０の図中右端部が露出するように絶縁体層２４の右端部を除去する。この工程は、たとえば、フッ素系分子イオン（ＨＦ2-）とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングによって行うことができる。ＨＦ2-は、たとえば、フッ化水素（ＨＦ）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。ＨＦは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスを分解して得られるＦ、フッ素分子（Ｆ2）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。酸化されていないＳｉは、ＨＦ2-とは反応しにくいため、これらのエッチング工程によって半導体層３０は除去されずに残留する。
【００８８】
次に、図１２に示すように、半導体層３０に複数の貫通孔３０ａを形成する。各貫通孔３０ａの上端は各貫通孔２４ａに通じ、下端は絶縁体層２３に達している。この工程は、ＨＦを含むガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。ＨＦを含むガスは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスに水蒸気を添加したガスを放電により分解することによって得ることができる。ＨＦを乾燥状態としてＨＦ2-の発生を抑えてエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2がエッチングされることを防ぐことができる。このため、この工程では、絶縁体層２３，２４は残留する。この工程では、同時に、半導体層３０の右端部分が除去され、絶縁体層２１の右端部分である絶縁体層２１ｂが露出する。
【００８９】
次に、図１３に示すように、ＳｉＯ2からなる絶縁体層２５，２６を形成する工程を行う。絶縁体層２５は、各貫通孔３０ａの内周面に形成される。絶縁体層２６は、半導体層３０の絶縁体層２１，２４から露出する部分に形成される。この工程は、半導体層３０の絶縁体層２１，２４に覆われていない部分を熱酸化させることにより行われる。
【００９０】
次に、図１４に示すように、レジスト４０を設置する工程を行う。レジスト４０は、たとえば樹脂製であり、各貫通孔２４ａを露出させるように、絶縁体層２４および絶縁体層２１ｂを覆っている。この工程は、絶縁体層２４および絶縁体層２１ｂの表面に液状化させた樹脂を塗布することにより行われる。
【００９１】
次に、図１５に示すように、通気孔１３Ａを形成する工程を行う。通気孔１３Ａは、各貫通孔２４ａおよび各貫通孔３０ａと繋がるように、絶縁体層２３に各貫通孔２３ａを形成することにより形成される。この工程は、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行うことができる。さらに、この工程では、通気孔１３Ａが形成された後に、レジスト４０の除去を行う。
【００９２】
次に、図１６に示すように、空洞部１３を形成する工程を行う。この工程は、犠牲層１２を除去することによって行われる。犠牲層１２の除去は、Ｆを含有するガスを、通気孔１３Ａを通じて犠牲層１２に送り込む気相エッチングによって行うことができる。Ｆは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスを分解して得ることができる。なお、ＦとＳｉＯ2とが反応しにくいため、本工程では、絶縁体層２１，２２，２３，２４，２５，２６が残留し、これらに保護された半導体基板１０及び半導体層３０も残留する。空洞部１３が形成されることにより、積層方向視において空洞部１３と重なる半導体層３０の一部およびその上下の絶縁体層２３，２４が可動部３１となる。
【００９３】
次に、図１７に示すように、絶縁体層２７および封止部２７ａを形成する工程を行う。この工程では、たとえば、真空雰囲気中でプラズマＣＶＤ法を行う。この工程では、絶縁体層２１ｂ，２４，２５，２６にさらにＳｉＯ2が蒸着される。絶縁体層２５にＳｉＯ2が蒸着された結果、通気孔１３Ａが封止され、封止部２７ａが形成される。絶縁体層２１ｂ，２４，２６にＳｉＯ2が蒸着された結果、絶縁体層２７が形成される。
【００９４】
次に、図１８に示すように、貫通孔２７ｂ，２７ｃを形成する工程を行う。この工程は、貫通孔２７ｂ，２７ｃを形成したい部分のみを露出させる樹脂製レジストを設け、ＨＦ水を用いたウェットエッチング、または、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行うことができる。貫通孔２７ｂは、半導体層３０に到達しており、貫通孔２７ｃは、半導体基板１０に到達している。
【００９５】
以上の工程の後に、電極５１，５２を設置する工程を行うことにより図１および図２に示す圧力センサ１が完成する。電極５１，５２の形成は、たとえば、貫通孔２７ｂ，２７ｃおよび絶縁体層２７上にアルミニウム（Ａｌ）層を形成し、不要なＡｌをエッチングにより除去することにより行うことができる。
【００９６】
次に、圧力センサ１の作用について説明する。
【００９７】
本実施形態によれば、可動部３１が上下に揺動すると、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量が変化する。このため、圧力センサ１は、半導体基板１０と半導体層３０との間における静電容量の変化を検知することにより、可動部３１にかかる圧力の変化を検知することができる。空洞部１３が真空であることから、圧力センサ１は、たとえば、可動部３１にかかる絶対圧力の測定を行う用途などに適している。
【００９８】
さらに、本実施形態によれば、空洞部１３は、絶縁体層２２，２３によって囲まれている。このため、圧力センサ１では、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量がより大きな値となっている。半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量が大きければ大きいほど、その値の変化をより検知しやすいため、圧力センサ１は、より精度の高い圧力測定を行うことが可能である。
【００９９】
さらに、本実施形態によれば、凹部１１がエッチングによって形成されており、凹部１１の底部は半導体基板１０の表面と平行に形成される。さらに、半導体層３０は、半導体基板１０の表面を酸化させることにより形成された絶縁体層２１およびそれに合わせて形成された絶縁体層２３上に形成されている。このため、圧力センサ１では、空洞部１３を挟んで凹部１１の底面と半導体層３０とが平行に配置されている。従って、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量の値を正確に設定することが可能であり、圧力センサ１は、より精密な圧力測定を行うことが可能である。
【０１００】
さらに、上記の製造方法によれば、１枚の半導体基板１０から圧力センサ１を製造することが可能であり、圧力センサ１の製造工程の簡略化および製造コストの削減を図りやすくなっている。
【０１０１】
さらに、上記の製造方法によれば、エッチング時間を調整することにより、容易に凹部１１の深さは自由に設定可能であり、空洞部１３の上下方向長さを任意の好ましい値とすることが可能である。さらに、本製造方法によれば、ＣＶＤ法の実施時間を調整することにより、良好に半導体層３０の厚みを調整することができ、半導体層３０の厚みを任意の好ましい値とすることが可能である。
【０１０２】
なお、本実施形態では、半導体基板１０に対してエッチングを行うことで凹部１１を形成しているが、逆に、半導体基板１０の中央部を除く他の部分において単結晶Ｓｉを成長させることにより凹部１１を形成しても構わない。また、通気孔１３Ａの封止はＬＰ−ＣＶＤ法を用いても行うことが可能である。
【０１０３】
図１９および図２０は、本発明の第２実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ２は、半導体基板１０上に絶縁体層２０および半導体層３０が積層された構造を有しており、空洞部１３と、可動部３１と、電極５１，５２と、を備えている。
【０１０４】
半導体基板１０は、たとえば単結晶シリコン（Ｓｉ）基板である。半導体基板１０の中央の表層部分は、熱酸化されており、絶縁体層２２が形成されている。絶縁体層２２の厚みは、たとえば、０．３〜１μｍである。
【０１０５】
一方、半導体層３０は、たとえば多結晶シリコン（Ｓｉ）により形成されており、後述する絶縁体層２１または絶縁体層２３を間に挟んで半導体基板１０上に積層されている。半導体層３０の厚みは、たとえば、２〜１０μｍである。半導体層３０は、半導体基板１０の図２０中の右端部を除くほぼ全面に渡って形成されている。ただし、後述する製造工程において形成される通気孔１３Ａに相当する部分においても、半導体層３０は欠落している。
【０１０６】
絶縁体層２０は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ2）により形成されている。絶縁体層２０は、後述するように形成過程が異なる絶縁体層２１，２２，２３，２７により構成されており、内部に真空の空洞部１３を有している。なお、絶縁体層２２は、上述したように半導体基板１０の表層に形成されている。
【０１０７】
絶縁体層２１は、半導体基板１０と半導体層３０との間を絶縁するように形成されている。ただし、半導体基板１０上の絶縁体層２２が設けられている領域には、絶縁体層２１は設けられていない。絶縁体層２１の厚みは、たとえば１〜２μｍである。絶縁体層２３は、半導体層３０の下面のうち、絶縁体層２１と接していない領域を覆うように形成されている。絶縁体層２３の厚みは、たとえば０．３〜０．５μｍである。空洞部１３は、直方体状であり、図２０に示すように、上下方向において半導体層２２，２３に挟まれるように、絶縁体層２１内に形成されている。空洞部１３の上下方向長さは、たとえば１〜１．７μｍであり、左右方向長さは、たとえば３００〜５００μｍである。絶縁体層２７は、半導体層３０および半導体基板１０の図２０中の右端部を覆うように形成されている。半導体層３０上の絶縁体層２７の厚みは、たとえば、０．３〜０．５μｍである。絶縁体層２７には、後述する製造工程において形成される通気孔１３Ａに相当する部分を封止する複数の封止部２７ａが形成されている。封止部２７ａは、その周囲と比較して凹むように形成されている。なお、ＣＭＰを施すことにより、封止部２７ａを平坦に形成することも可能である。さらに、絶縁体層２７の図２中左端部には積層方向に貫通する貫通孔２７ｂが形成されており、絶縁体層２７の図２中右端部には積層方向に貫通する貫通孔２７ｃが形成されている。
【０１０８】
電極５１は、貫通孔２７ｂを通して半導体層３０と導通するように形成されている。電極５２は、貫通孔２７ｃを通して半導体基板１０と導通するように形成されている。
【０１０９】
可動部３１は、半導体層３０の積層方向において空洞部１３と重なる部分と、その上下の絶縁体層２３，２７とによって構成されている。この可動部３１は、積層方向において上下に揺動可能となっている。
【０１１０】
次に、圧力センサ２の製造方法について、図２１〜図３５を参照しつつ説明を行う。
【０１１１】
まず、単結晶シリコンからなる半導体基板１０を用意する。このとき用意する半導体基板１０の厚みは、たとえば、３００〜７００μｍである。次に、図２１に示すように、半導体基板１０の表面にＳｉＯ2からなる絶縁体層２１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体基板１０の上面付近を熱酸化させることにより行うことができる。本工程で、半導体基板１０の上面を均一に加熱することにより、絶縁体層２１の厚みを一定とすることができる。さらに、本工程で、加熱時間を調整することにより、絶縁体層２１の厚みを調整することも可能である。
【０１１２】
次に、図２２に示すように、絶縁体層２１に、半導体基板１０の表面を露出させる開口部２１ａを形成する工程を行う。この工程は、開口部２１ａを形成する領域を露出させる樹脂製レジストを設け、フッ酸（ＨＦ）水を用いたウェットエッチングを行うことにより行われる。あるいは、この工程は、たとえば、フッ素系分子イオン（ＨＦ2-）とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングによっても行うことができる。ＨＦ2-は、たとえば、フッ化水素（ＨＦ）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。ＨＦは、たとえば、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスまたは六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスを放電によって分解することによってＦ、フッ素分子（Ｆ2）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。酸化されていないＳｉは、ＨＦ2-とは反応しにくいため、このエッチング工程によって半導体基板１０は削られない。
【０１１３】
次に、図２３に示すように、絶縁体層２２を形成する工程を行う。この工程は、半導体基板１０の開口部２１ａから露出する部分を熱酸化させることによって行われる。
【０１１４】
次に、図２４に示すように、犠牲層１２を形成する工程を行う。犠牲層１２は、多結晶シリコンからなる層である。この工程は、たとえば、開口部２１ａに多結晶シリコンを埋め込むことにより行われる。開口部２１ａに埋め込む多結晶シリコンには、予め、犠牲層１２の表面の高さ位置が絶縁体層２１の表面の高さ位置と同じとなるように加工を施しておく。
【０１１５】
次に、図２５に示すように、ＳｉＯ2からなる絶縁体層２３を形成する工程を行う。この工程は、犠牲層１２の表面を熱酸化させることにより行うことができる。この工程により、犠牲層１２は、絶縁体層２１，２２，２３によって密封された状態となる。
【０１１６】
次に、図２６に示すように、半導体層３０を形成する工程を行う。この工程は、たとえば化学気相成長（ＣＶＤ）法を用い、絶縁体層２１，２３の表面に多結晶シリコンを成長させることで行うことができる。
【０１１７】
次に、図２７に示すように、半導体層３０の表面にＳｉＯ2からなる絶縁体層２４を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体層３０の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【０１１８】
次に、図２８に示すように、絶縁体層２４に複数の貫通孔２４ａを形成する工程を行う。この工程では、同時に、半導体層３０の図中右端部が露出するように絶縁体層２４の右端部を除去する。この工程は、たとえば、フッ素系分子イオン（ＨＦ2-）とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングによって行うことができる。ＨＦ2-は、たとえば、フッ化水素（ＨＦ）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。ＨＦは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスを分解して得られるフッ素単原子（Ｆ）、フッ素分子（Ｆ2）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。酸化されていないＳｉは、ＨＦ2-とは反応しにくいため、これらのエッチング工程によって半導体層３０は除去されずに残留する。
【０１１９】
次に、図２９に示すように、半導体層３０に複数の貫通孔３０ａを形成する。各貫通孔３０ａの上端は各貫通孔２４ａに通じ、下端は絶縁体層２３に達している。この工程は、ＨＦを含むガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。ＨＦを含むガスは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスに水蒸気を添加したガスを放電により分解することによって得ることができる。ＨＦを乾燥状態としてＨＦ2-の発生を抑えてエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2がエッチングされることを防ぐことができる。このため、この工程では、絶縁体層２３，２４は残留する。この工程では、同時に、半導体層３０の右端部分が除去され、絶縁体層２１の右端部分である絶縁体層２１ｂが露出する。
【０１２０】
次に、図３０に示すように、ＳｉＯ2からなる絶縁体層２５，２６を形成する工程を行う。絶縁体層２５は、各貫通孔３０ａの内周面に形成される。絶縁体層２６は、半導体層３０の絶縁体層２１，２４から露出する部分に形成される。この工程は、半導体層３０の絶縁体層２１，２４に覆われていない部分を熱酸化させることにより行われる。
【０１２１】
次に、図３１に示すように、レジスト４０を設置する工程を行う。レジスト４０は、たとえば樹脂製であり、各貫通孔２４ａを露出させるように、絶縁体層２４および絶縁体層２１ｂを覆っている。この工程は、絶縁体層２４および絶縁体層２１ｂの表面に液状化させた樹脂を塗布することにより行われる。
【０１２２】
次に、図３２に示すように、通気孔１３Ａを形成する工程を行う。通気孔１３Ａは、各貫通孔２４ａおよび各貫通孔３０ａと繋がるように、絶縁体層２３に各貫通孔２３ａを形成することにより形成される。この工程は、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エ
ッチングを施すことにより行うことができる。さらに、この工程では、通気孔１３Ａが形成された後に、レジスト４０の除去を行う。
【０１２３】
次に、図３３に示すように、空洞部１３を形成する工程を行う。この工程は、犠牲層１２を除去することによって行われる。犠牲層１２の除去は、Ｆを含有するガスを、通気孔１３Ａを通じて犠牲層１２に送り込む気相エッチングによって行うことができる。Ｆは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスを分解して得ることができる。なお、ＦとＳｉＯ2とが反応しにくいため、本工程では、絶縁体層２１，２２，２３，２４，２５，２６が残留し、これらに保護された半導体基板１０および半導体層３０も残留する。空洞部１３が形成されることにより、積層方向視において空洞部１３と重なる半導体層３０の一部およびその上下の絶縁体層２３，２４が可動部３１となる。
【０１２４】
次に、図３４に示すように、絶縁体層２７および封止部２７ａを形成する工程を行う。この工程では、たとえば、真空雰囲気中でプラズマＣＶＤ法を行う。この工程では、絶縁体層２１ｂ，２４，２５，２６にさらにＳｉＯ2が蒸着される。絶縁体層２５にＳｉＯ2が蒸着された結果、通気孔１３Ａが封止され、封止部２７ａが形成される。絶縁体層２１ｂ，２４，２６にＳｉＯ2が蒸着された結果、絶縁体層２７が形成される。
【０１２５】
次に、図３５に示すように、貫通孔２７ｂ，２７ｃを形成する工程を行う。この工程は、貫通孔２７ｂ，２７ｃを形成したい部分のみを露出させる樹脂製レジストを設け、ＨＦ水を用いたウェットエッチング、または、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行うことができる。貫通孔２７ｂは、半導体層３０に到達しており、貫通孔２７ｃは、半導体基板１０に到達している。
【０１２６】
以上の工程の後に、電極５１，５２を設置する工程を行うことにより図１９および図２０に示す圧力センサ２が完成する。電極５１，５２の形成は、たとえば、貫通孔２７ｂ，２７ｃおよび絶縁体層２７上にＡｌ層を形成し、不要なＡｌをエッチングにより除去することにより行うことができる。
【０１２７】
次に、圧力センサ２の作用について説明する。
【０１２８】
本実施形態によれば、可動部３１が上下に揺動すると、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量が変化する。このため、圧力センサ２は、半導体基板１０と半導体層３０との間における静電容量の変化を検知することにより、可動部３１にかかる圧力の変化を検知することができる。空洞部１３が真空であることから、圧力センサ２は、たとえば、可動部３１にかかる絶対圧力の測定を行う用途などに適している。
【０１２９】
さらに、本実施形態によれば、空洞部１３は、絶縁体層２１，２２，２３によって囲まれている。このため、圧力センサ２では、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量がより大きな値となっている。半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量が大きければ大きいほど、その値の変化をより検知しやすいため、圧力センサ２は、より精度の高い圧力測定を行うことが可能である。
【０１３０】
さらに、本実施形態によれば、絶縁体層２２が半導体基板１０の表面の一部を酸化させることにより形成されており、その厚みを一定とするのは容易である。さらに、半導体層３０が高さの揃えられた絶縁体層２１，２３上に形成されている。このため、圧力センサ２では、空洞部１３を挟んで半導体基板１０と半導体層３０とが平行に配置されている。従って、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量の値を正確に設定することが可能であり、圧力センサ２は、より精密な圧力測定を行うことが可能である。
【０１３１】
さらに、上記の製造方法によれば、１枚の半導体基板１０から圧力センサ２を製造することが可能であり、圧力センサ２の製造工程の簡略化および製造コストの削減を図りやすくなっている。
【０１３２】
さらに、上記の製造方法によれば、空洞部１３の上下方向長さは、絶縁体層２１の厚みによって決定される。絶縁体層２１の厚みは、熱酸化を行う時間を調整することにより、比較的容易に制御することが可能である。さらに、本製造方法によれば、ＣＶＤ法の実施時間を調整することにより、良好に半導体層３０の厚みを調整することができ、半導体層３０の厚みを任意の好ましい値とすることが可能である。
【０１３３】
上記実施形態では、通気孔１３Ａの封止をプラズマＣＶＤ法で行っているが、たとえば減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法を用いても行うことが可能である。
【０１３４】
図３６および図３７は、本発明の第３実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ３は、半導体基板１０上に絶縁体層２０および半導体層３０が積層された構造を有しており、空洞部１３と、可動部３１と、電極５１，５２と、を備えている。
【０１３５】
半導体基板１０は、たとえば単結晶シリコン（Ｓｉ）基板であり、中央に積層方向（図３７中の上下方向）に凹む凹部１１が形成されている。凹部１１の深さは、たとえば、５〜１５μｍとなっている。この凹部１１内には、空洞部１３および半導体層３０が設けられている。空洞部１３は真空であり、凹部１１の底部寄りに形成されている。空洞部１３の上下方向長さは、たとえば２〜５μｍであり、左右方向長さは、たとえば３００〜５００μｍである。半導体層３０は、たとえば多結晶シリコン製であり、凹部１１に蓋をするように形成されている。半導体層３０の厚みは、たとえば２〜１０μｍである。半導体層３０の表面の高さ位置は、半導体基板１０の凹部１１以外の部分における表面の高さ位置と同じとなっている。
【０１３６】
絶縁体層２０は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ2）により形成されている。絶縁体層２０は、後述するように形成過程が異なる絶縁体層２２，２３，２７により構成されている。
【０１３７】
絶縁体層２２は、凹部１１の空洞部１３に接する面を覆うように形成されている。絶縁体層２２の厚みは、たとえば０．３〜１．０μｍである。絶縁体層２３は、半導体層３０の空洞部１３に対向する面を覆うように形成されている。絶縁体層２３の厚みは、たとえば０．３〜１．０μｍである。絶縁体層２７は、半導体基板１０の表面および半導体層３０の表面を覆うように形成されている。絶縁体層２７の厚みは、たとえば１〜２μｍである。絶縁体層２７には、後述する製造工程において形成される通気孔１３Ａに相当する部分を封止する複数の封止部２７ａが形成されている。封止部２７ａは、その周囲と比較して凹むように形成されている。なお、ＣＭＰを施すことにより、封止部２７ａを平坦に形成することも可能である。さらに、絶縁体層２７の図３７中央部には積層方向に貫通する貫通孔２７ｂが形成されており、絶縁体層２７の図３７中右方には積層方向に貫通する貫通孔２７ｃが形成されている。
【０１３８】
電極５１は、貫通孔２７ｂを通して半導体層３０と導通するように形成されている。電極５２は、貫通孔２７ｃを通して半導体基板１０と導通するように形成されている。
【０１３９】
可動部３１は、半導体層３０と、その上下の絶縁体層２３，２７とによって構成されている。この可動部３１は、積層方向において上下に揺動可能となっている。
【０１４０】
次に、圧力センサ３の製造方法について、図３８〜図５３を参照しつつ説明を行う。
【０１４１】
まず、単結晶シリコンからなる半導体基板１０を用意する。このとき用意する半導体基板１０の厚みは、たとえば、３００〜７００μｍである。次に、図３８に示すように、半導体基板１０の表面にＳｉＯ2からなる絶縁体層２１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体基板１０の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【０１４２】
次に、図３９に示すように、絶縁体層２１に、半導体基板１０の表面を露出させる開口部２１ａを形成する工程を行う。この工程は、開口部２１ａを形成する領域を露出させる樹脂製レジストを設け、フッ酸（ＨＦ）水を用いたウェットエッチングを施すことにより行われる。
【０１４３】
次に、図４０に示すように、半導体基板１０に凹部１１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、フッ素単原子（Ｆ）を含有するガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。Ｆは、シリコン（Ｓｉ）と反応する一方、ＳｉＯ2とは反応しない。従って、絶縁体層２１はエッチングされずに、開口部２１ａから露出する半導体基板１０がエッチングされ、凹部１１が形成される。この工程において、ドライエッチングを行う時間を調整することにより、凹部１１の深さを任意の長さにすることが可能である。なお、Ｆを含むガスは、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスまたは六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスを放電によって分解することによって得ることができる。
【０１４４】
次に、図４１に示すように、絶縁体層２２を形成する工程を行う。この工程は、凹部１１の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【０１４５】
次に、図４２に示すように、凹部１１に犠牲層１２Ａを形成する工程を行う。犠牲層１２Ａは、多結晶シリコンからなる層である。この工程は、たとえば、凹部１１に多結晶シリコンを埋め込むことにより行われる。この工程では、凹部１１の内部全体を多結晶シリコンで充填する。さらに、この工程では、犠牲層１２Ａの表面に研磨を施すことにより、犠牲層１２Ａの表面の高さ位置と絶縁体層２１の表面の高さ位置とを揃えておく。
【０１４６】
次に、図４３に示すように、犠牲層１２Ａから犠牲層１２を形成する工程を行う。この工程は、ＨＦを含むガスを用いた気相エッチングにより、犠牲層１２Ａの表面寄りの部分を除去することにより行うことができる。ＨＦを含むガスは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスに水蒸気を添加したガスを放電により分解することによって得ることができる。ＨＦを乾燥状態としてＨＦ2-の発生を抑えてエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2がエッチングされることを防ぐことができる。このため、このエッチングにより絶縁体層２１，２２は除去されない。この工程において、エッチングを行う時間を制御することにより、犠牲層１２の厚みを調整することが可能である。
【０１４７】
次に、図４４に示すように、ＳｉＯ2からなる絶縁体層２３を形成する工程を行う。この工程は、犠牲層１２の表面を熱酸化させることにより行うことができる。
【０１４８】
次に、図４５に示すように、半導体層３０を形成する工程を行う。この工程は、たとえば凹部１１の上部に多結晶シリコンを埋め込むことにより行われる。なお、本工程における凹部１１の上部は、凹部１１のうち絶縁体層２３よりも上方の部分である。
【０１４９】
次に、図４６に示すように、ＳｉＯ2からなる絶縁体層２４を形成する工程を行う。この工程では、まず、半導体層３０の表面を熱酸化させる。このとき、絶縁体層２１の厚みと同程度の厚み分だけ熱酸化させるのが好ましい。半導体層３０の表面を均一に加熱することにより、形成される酸化層の厚みを一定とすることができる。次に、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いて減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法を行うことにより、先に形成した酸化層および絶縁体層２１に対してさらにＳｉＯ2を積層させ絶縁体層２４を形成する。なお、絶縁体層２４の厚みは、絶縁体層２３の厚みよりも十分に大きくなるように形成される。
【０１５０】
次に、図４７に示すように、絶縁体層２４に複数の貫通孔２４ａを形成する工程を行う。この工程は、たとえば、フッ素系分子イオン（ＨＦ2-）とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングによって行うことができる。ＨＦ2-は、たとえば、フッ化水素（ＨＦ）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。ＨＦは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスを分解して得られるＦ、フッ素分子（Ｆ2）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。酸化されていないＳｉは、ＨＦ2-とは反応しにくいため、これらのエッチング工程によって半導体層３０は除去されずに残留する。
【０１５１】
次に、図４８に示すように、半導体層３０に複数の貫通孔３０ａを形成する。各貫通孔３０ａの上端は各貫通孔２４ａに通じ、下端は絶縁体層２３に達している。この工程は、ＨＦを含むガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。ＨＦを含むガスは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスに水蒸気を添加したガスを放電により分解することによって得ることができる。ＨＦを乾燥状態としてＨＦ2-の発生を抑えてエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2がエッチングされることを防ぐことができる。このため、この工程では、絶縁体層２３，２４は残留する。
【０１５２】
次に、図４９に示すように、ＳｉＯ2からなる絶縁体層２５を形成する工程を行う。絶縁体層２５は、各貫通孔３０ａの内周面に形成される。この工程は、半導体層３０の絶縁体層２４に覆われていない部分を熱酸化させることにより行われる。
【０１５３】
次に、図５０に示すように、通気孔１３Ａを形成する工程を行う。通気孔１３Ａは、各貫通孔２４ａおよび各貫通孔３０ａと繋がるように、絶縁体層２３に各貫通孔２３ａを形成することにより形成される。この工程は、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エ
ッチングを行うことにより行うことができる。このエッチングでは、特にレジストを設けることなく、絶縁体層２３と絶縁体層２４の厚みの差を利用して実施することが可能である。この工程により、絶縁体層２４の一部が除去される。
【０１５４】
次に、図５１に示すように、空洞部１３を形成する工程を行う。この工程は、犠牲層１２を除去することによって行われる。犠牲層１２の除去は、Ｆを含有するガスを、通気孔１３Ａを通じて犠牲層１２に送り込む気相エッチングによって行うことができる。Ｆは、たとえば、ＣＦ4ガスまたはＳＦ6ガスを分解して得ることができる。なお、ＦとＳｉＯ2
とが反応しにくいため、本工程では、絶縁体層２２，２３，２４，２５が残留し、これらに保護された半導体基板１０および半導体層３０も残留する。空洞部１３が形成されることにより、積層方向視において空洞部１３と重なる半導体層３０およびその上下の絶縁体層２３，２４が可動部３１となる。
【０１５５】
次に、図５２に示すように、絶縁体層２７および封止部２７ａを形成する工程を行う。この工程では、たとえば、真空雰囲気中でプラズマＣＶＤ法を行う。この工程では、絶縁体層２４，２５にさらにＳｉＯ2が蒸着される。絶縁体層２５にＳｉＯ2が蒸着された結果、通気孔１３Ａが封止され、封止部２７ａが形成される。絶縁体層２４にＳｉＯ2が蒸着
された結果、絶縁体層２７が形成される。
【０１５６】
次に、図５３に示すように、貫通孔２７ｂ，２７ｃを形成する工程を行う。この工程は、貫通孔２７ｂ，２７ｃを形成したい部分のみを露出させる樹脂製レジストを設け、ＨＦ水を用いたウェットエッチング、または、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッ
チングを施すことにより行うことができる。貫通孔２７ｂは、半導体層３０に到達しており、貫通孔２７ｃは、半導体基板１０に到達している。
【０１５７】
以上の工程の後に、電極５１，５２を設置する工程を行うことにより図３６および図３
７に示す圧力センサ３が完成する。電極５１，５２の形成は、たとえば、貫通孔２７ｂ，２７ｃおよび絶縁体層２７上にＡｌ層を形成し、不要なＡｌをエッチングにより除去することにより行うことができる。
【０１５８】
次に、圧力センサ３の作用について説明する。
【０１５９】
本実施形態によれば、可動部３１が上下に揺動すると、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量が変化する。このため、圧力センサ３は、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量が変化を検知することにより、可動部３１にかかる圧力の変化を検知することができる。空洞部１３が真空であることから、圧力センサ３は、たとえば、可動部３１にかかる絶対圧力の測定を行う用途などに適している。
【０１６０】
さらに、本実施形態によれば、空洞部１３は、絶縁体層２２，２３によって囲まれている。このため、圧力センサ３では、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量がより大きな値となっている。半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量が大きければ大きいほど、その値の変化をより検知しやすいため、圧力センサ３は、より精度の高い圧力測定を行うことが可能である。
【０１６１】
さらに、本実施形態によれば、凹部１１は、エッチングにより形成されているため、その底面は、半導体基板１０の表面と平行に形成される。さらに、犠牲層１２が、半導体基板１０の表面に合わせて研磨された犠牲層１２Ａをエッチングすることにより形成されている。このため、犠牲層１２の表面を熱酸化することにより形成される絶縁体層２３の表面は半導体基板１０の表面と平行に形成される。これらのことから、圧力センサ３では、空洞部１３を挟んで凹部１１の底面と半導体層３０とが平行に配置されている。従って、半導体基板１０と半導体層３０との間の静電容量の値を正確に設定することが可能であり、圧力センサ３は、より精密な圧力測定を行うことが可能である。
【０１６２】
さらに、上記の製造方法によれば、１枚の半導体基板１０から圧力センサ３を製造することが可能であり、圧力センサ３の製造工程の簡略化および製造コストの削減を図りやすくなっている。
【０１６３】
さらに、上記の製造方法によれば、各工程におけるエッチング時間を調整することにより、容易に凹部１１の深さおよび犠牲層１２の厚みを制御可能であり、空洞部１３の上下方向長さおよび半導体層３０の厚さを好ましい値とすることが可能である。
【０１６４】
なお、本実施形態では、半導体基板１０に対してエッチングを行うことで凹部１１を形成しているが、逆に、半導体基板１０の中央部を除く他の部分において単結晶Ｓｉを成長させることにより凹部１１を形成しても構わない。また、通気孔１３Ａの封止はＬＰＣＶＤ法を用いても行うことが可能である。
【０１６５】
本発明に係る圧力センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る圧力センサの各部の具体的な構成およびその製造方法の各工程の具体的な方法は、種々に設計変更自在である。たとえば、上述した実施形態では、静電容量式の圧力センサを示しているが、ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサの場合にも本発明は応用可能である。また、上述した実施形態では空洞部１３は真空であるが、既知の圧力の気体を封入しても構わない。
【０１６６】
また、たとえば、上記実施形態では、半導体基板１０を単結晶Ｓｉで形成し、半導体層３０を多結晶Ｓｉで形成しているが、半導体基板１を多結晶Ｓｉで形成し、半導体層３０を単結晶Ｓｉで形成しても構わない。また、さらに、犠牲層１２を単結晶Ｓｉで形成しても構わない。
【０１６７】
図５４および図５５は、本発明の第４実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ１０１は、半導体基板１１０上に酸化膜１２１および半導体層１３０が積層された構造を有しており、封止部材１４１と、可動部１６１と、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４と、を備えている。さらに、圧力センサ１０１は、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４が組み込まれたブリッジ回路を備えている。このブリッジ回路は、半導体層１３０上に設置されており、出力端子Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−、バイアス電圧印加用端子Ｖｄｄ、接地端子１５１，１５２，１５３、および、リード線１５４，１５５，１５６，１５７，１５８により構成されている。なお、接地端子１５１，１５２，１５３はグラウンド接続される。
【０１６８】
半導体基板１１０は、たとえば、積層方向（図５５中の上下方向）における厚さが３００μｍ程度の単結晶シリコン（Ｓｉ）基板であり、内部が真空または一定気圧である空洞部１１１を有している。空洞部１１１は、半導体基板１１０の表面に開口するように形成されており、その積層方向における深さは、たとえば１〜５０μｍである。空洞部１１１は、積層方向視において円形となるように形成されており、その直径は、たとえば１００〜数千μｍである。なお、この空洞部１１１の積層方向視における形状は円形に限らず、長方形などの多角形であっても構わない。
【０１６９】
半導体層１３０は、たとえば、単結晶シリコンからなり、厚さが１μｍ〜５０μｍ程度となるように半導体基板１１０上に積層されている。半導体層１３０には、積層方向視において空洞部１１１と重なる領域内に複数の貫通孔１３０ａが形成されている。各貫通孔１３０ａは、積層方向において半導体層１３０を貫通しており、その内周面に厚さ０．２μｍ程度の酸化膜１３１が形成されている。貫通孔１３０ａの積層方向視における形状は、たとえば、直径が０．２μｍ〜５μｍの円形あるいは同程度の大きさの楕円形である。
【０１７０】
酸化膜１２１は、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）により形成されており、半導体基板１１０と半導体層１３０との間に、たとえば０．１〜３μｍ程度の厚さとなるように形成されている。酸化膜１２１には、積層方向視において複数の貫通孔１３０ａと重なる貫通孔１２１ａが形成されている。貫通孔１２１ａは積層方向において酸化膜１２１を貫通しており、その上端は貫通孔１３０ａに到達し、その下端は空洞部１１１に到達している。
【０１７１】
封止部材１４１は、たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなり、各貫通孔１３０ａの上端部を封止している。
【０１７２】
可動部１６１は、半導体層１３０および酸化膜１２１の積層方向視において空洞部１１１と重なる部分により構成されている。この可動部１６１は、空洞部１１１と重なっているため、積層方向に変形可能となっている。また、可動部１６１の積層方向視における形状は空洞部１１１と同じ形状である。
【０１７３】
ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４は、図５４に示すように複数の屈曲部を有するように蛇行する帯状に形成されており、それぞれ半導体層１３０に埋め込まれている。ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４の積層方向における厚さは、たとえば、０．１〜１μｍ程度に形成されている。ピエゾ抵抗１７１は可動部１６１の図５４中上端部に設置されている。ピエゾ抵抗１７２は可動部１６１の図５４中左端部に設置されている。ピエゾ抵抗１７３は可動部１６１の図５４中下端部に設置されている。ピエゾ抵抗１７４は可動部１６１の図５４中右端部に設置されている。なお、ピエゾ抵抗１７１，１７３は可動部１６１の範囲内に設置されており、ピエゾ抵抗１７２，１７４は可動部１６１の端縁に接するように設置されている。ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４は、たとえば、ドープドポリシリコン、あるいは、Ｐ型もしくはＮ型元素のドーピングにより形成されている。
【０１７４】
ピエゾ抵抗１７１の一方の端部はリード線１５４を介して接地端子１５１に接続されており、他方の端部は出力端子Ｖｏｕｔ＋に接続されている。
【０１７５】
ピエゾ抵抗１７２の一方の端部はリード線１５５を介して出力端子Ｖｏｕｔ＋に接続されており、他方の端部はリード線１５６を介してバイアス電圧印加用端子Ｖｄｄに接続されている。
【０１７６】
ピエゾ抵抗１７３の一方の端部はリード線１５６を介してバイアス電圧印加用端子Ｖｄｄに接続されており、他方の端部は出力端子Ｖｏｕｔ−に接続されている。
【０１７７】
ピエゾ抵抗１７４の一方の端部はリード線１５７を介して出力端子Ｖｏｕｔ−に接続されており、他方の端部はリード線１５８を介して接地端子１５２に接続されている。
【０１７８】
次に、圧力センサ１０１の動作について、説明を行う。
【０１７９】
圧力センサ１０１では、可動部１６１の表面に圧力が加わると、可動部１６１が変形し、その変形によってピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４に歪みが生じる。ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４は、歪みによりその抵抗値が変化する。このピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４の抵抗値の変化を、ブリッジ回路を利用してバイアス電圧印加用端子Ｖｄｄに印加されたバイアス電圧に対する電圧変化として出力端子Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−から検出する。この検出結果から、可動部１６１に加わった圧力を算出することが可能である。なお、空洞部１１１が真空である場合に、可動部１６１に加わる圧力は周囲の気体の絶対圧力である。一方、空洞部１１１が一定気圧である場合、可動部１６１に加わる圧力は、周囲の気体と空洞部１１１内の気体との相対圧力である。
【０１８０】
次に、圧力センサ１０１の製造方法について、図５６〜図６９を参照しつつ説明を行う。
【０１８１】
まず、図５６に示すように、表面に酸化層１２２を有する半導体層１３０が積層された半導体基板１１０を用意する。
【０１８２】
次に、図５７および図５８に示すように、酸化膜２２に複数の貫通孔１２２ａを形成する工程を行う。貫通孔１２２ａの積層方向視における形状は、上述の貫通孔１３０ａの積層方向視における形状と同じである。この工程では、たとえば、貫通孔１２２ａを形成する領域を露出させる樹脂製レジストを設けた後に、フッ素系分子イオン（ＨＦ2-）とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを行う。ＨＦ2-は、たとえば、フッ化水素（ＨＦ）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。ＨＦは、たとえば、三フッ化メタン（ＣＨＦ3）ガスを分解して得られるＦ、フッ素分子（Ｆ2）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。酸化されていないＳｉは、ＨＦ2-とは反応しにくいため、これらのエッチング工程によって半導体層１３０は除去されずに残留する。なお、気相エッチングを行うかわりに、フッ酸（ＨＦ）水を用いたウェットエッチングを行ってもよい。
【０１８３】
次に、図５９に示すように、半導体層１３０に貫通孔１３０ａを形成する工程を行う。この工程は、ＨＦを含むガスを用いた気相異方性エッチングにより行うことができる。ＨＦを含むガスは、たとえば、ＣＨＦ3に水蒸気を添加したガスを放電により分解することによって得ることができる。ＨＦを乾燥状態としてＨＦ2-の発生を抑えてエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2がエッチングされることを防ぐことができる。このため、この工程では、酸化膜１２１および酸化層１２２は残留する。
【０１８４】
次に、図６０に示すように、貫通孔１３０ａの内周面を酸化させ、酸化膜１３１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、熱酸化処理により行われる。なお、酸化膜１３１は、後に行うエッチング作業において半導体層１３０を保護するためのものであり、たとえば、ＣＶＤ法を用いて貫通孔１３０ａの内周面にＳｉＯ2を積層して保護膜を形成しても同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
次に、図６１および図６２に示すように、通気孔１１１Ａを形成する工程を行う。通気孔１１１Ａは、貫通孔１２１ａ，１２２ａ，１３０ａにより構成されている。この工程は、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相異方性エッチングによって行うことができる。この気相異方性エッチングでは、積層方向において酸化膜１２１の厚み分だけＳｉＯ2を除去する。なお、この工程では、酸化膜１２１に貫通孔１２１ａが形成されると同時に、酸化層１２２の表層部が除去される。
【０１８６】
次に、図６３に示すように、空洞部１１１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、フッ素単原子（Ｆ）を含有するガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。Ｆは、Ｓｉと反応しやすい一方、ＳｉＯ2とは反応しにくい。このため、ＳｉＯ2に覆われた通気孔１１１Ａを通してＦ含有ガスを半導体基板１１０に導入することにより、半導体層１３０が削られる前に半導体基板１１０がエッチングされて空洞部１１１が形成される。なお、Ｆを含むガスは、ＣＨＦ3ガスを放電によって分解することで得ることができる。
【０１８７】
空洞部１１１を形成する工程は、たとえば、フッ化キセノンガスを用いたエッチングによっても行うことが可能である。フッ化キセノンガスを用いる場合、ＣＨＦ3ガスを用いる場合よりもＳｉとＳｉＯ2との反応性の差が大きいため、酸化膜１３１の厚みをより薄くすることが可能である。
【０１８８】
次に、図６４に示すように、通気孔１１１Ａを封止する工程を行う。この工程は、たとえば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法により行われる。この工程により、酸化層１２２および通気孔１１１ＡにＳｉＯ2が積層され、酸化層１２３および封止部１４０が形成される。真空または一定気圧雰囲気中において、封止部１４０により通気孔１１１Ａを封止することによって、空洞部１１１を真空または一定気圧とすることができる。封止部１４０のうち通気孔１１１Ａを封鎖する部分は、通気孔１１１Ａの内周面から径方向に沿ってＳｉＯ2が成長するため、中央部が凹むように形成される傾向がある。
【０１８９】
なお、通気孔１１１Ａの封止は、上記手法以外にも、たとえば、熱酸化処理を行い、酸化部分の膨張を利用することによっても可能である。
【０１９０】
次に、図６５に示すように、酸化層１２３を除去する工程を行う。この工程は、研磨あるいは気相エッチングによって行うことが可能である。この工程では、封止部１４０の一部も同時に除去され、その結果、貫通孔１３０ａの上端部に封止部材１４１が残留する。封止部材１４１は、たとえば、図６５に示すように、図中上端部は平坦であり、下端部は中央ほど凹むような形状となる。また、この工程の結果、可動部１６１が形成される。
【０１９１】
次に、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４を形成する工程を行う。ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４の形成は、たとえば、多結晶シリコンを半導体層１３０に埋め込むことによって行うことができる。この工程では、まず、図６６および図６７に示すように、溝１３２，１３３，１３４，１３５を形成する工程を行う。具体的には、溝１３２，１３３，１３４，１３５に対応する部分だけを露出させる樹脂レジストを用い、ＨＦを含むガスによる気相エッチングを行う。溝１３２，１３３，１３４，１３５は、それぞれ複数の屈曲部を有するように蛇行する形状に形成される。
【０１９２】
次に、図６８および図６９に示すように、溝１３２，１３３，１３４，１３５に多結晶シリコンを埋め込む工程を行う。この工程で、溝１３２，１３３，１３４，１３５に埋め込まれた多結晶シリコンが、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４となる。なお、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４の形成は、たとえば、半導体層１３０にインプラント加工を施して拡散抵抗を形成することによっても行うことができる。
【０１９３】
これらの工程の後に、半導体層１３０上に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）層を形成する。さらに、このＡｌ層にエッチングを施すことにより出力端子Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−、バイアス電圧印加用端子Ｖｄｄ、接地端子１５１，１５２，１５３、および、リード線１５４，１５５，１５６，１５７，１５８を形成する。
【０１９４】
以上の工程により、図５４および図５５に示す圧力センサ１０１は完成する。
【０１９５】
次に、圧力センサ１０１の作用について説明する。
【０１９６】
上述した製造方法によると、半導体層１３０に通気孔１１１Ａを形成し、この通気孔１１１Ａを介して半導体基板１１０をエッチングすることにより空洞部１１１および可動部１６１を形成することができる。このため、圧力センサ１０１は、従来のように複数の半導体基板を用いることなく、１枚の半導体基板１１０から製造することが可能である。従って、圧力センサ１０１は、製造工程の簡略化を図ることが可能であり、さらに製造コストの削減を図ることが可能となっている。
【０１９７】
さらに、本実施形態によれば、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４が複数の屈曲部を有し蛇行するように形成されており、可動部１６１の変形による歪みが生じやすくなっている。このため、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４は、可動部１６１の変形による抵抗値の変化がより顕著なものとなっている。従って、圧力センサ１０１は、より精密な圧力測定を行うことが可能となっている。
【０１９８】
図７０〜図８５は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【０１９９】
図７０および図７１には、本発明の第５実施形態に基づく圧力センサを示している。図７０および図７１に示す圧力センサ１０２は、半導体層１３０が多結晶シリコンによって形成されており、溝１３２，１３３，１３４，１３５およびピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４の構成が圧力センサ１０１と異なっている。図７１に示すように、溝１３２，１３３，１３４，１３５とピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４との間には絶縁物１３６が封入されている。圧力センサ１０２のその他の構成は圧力センサ１０１と同様である。
【０２００】
図７２および図７３には、圧力センサ１０２における溝１３２，１３３，１３４，１３５を形成する工程を示している。図７２および図７３によると、各溝１３２，１３３，１３４，１３５は、溝内部に、半導体層１３０の一部が残留するように形成される。溝１３２，１３３，１３４，１３５内の半導体層１３０の残留部分は、溝１３２，１３３，１３４，１３５によって半導体層１３０の本体部分から孤立するように形成される。さらに、これらの残留部分は、図７２に示すように、複数の屈曲部を有するように蛇行する形状に形成される。このような溝１３２，１３３，１３４，１３５は、適切な樹脂レジストを用い、ＨＦを含むガスによる気相エッチングを行うことによって形成可能である。圧力センサ１０２においては、各溝１３２，１３３，１３４，１３５内に残留した半導体層１３０が、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４となる。
【０２０１】
さらに、圧力センサ１０２の製造工程においては、図７２および図７３に示す工程の後に、溝１３２，１３３，１３４，１３５に絶縁物１３６を埋め込む工程を行う。この工程において、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４が絶縁物１３６によって覆われることがある。このため、各ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４が露出するように絶縁物１３６をエッチングする工程を行った後に、Ａｌ層の形成を行う。このようにすることで、Ａｌ層から形成される出力端子Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−、および、リード線１５４，１５５，１５６，１５７，１５８と、各ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４との電気的接続を確保することができる。なお、絶縁物１３６のエッチングを行う際に、絶縁物１３６のピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４を覆う部分全てを除去する必要はない。出力端子Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−、および、リード線１５４，１５５，１５６，１５７，１５８と、各ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４との接続部分が確保されれば十分である。
【０２０２】
このような圧力センサ１０２は、圧力センサ１０１と同様に、複数の半導体基板を用いることなく、１枚の半導体基板１１０から製造することが可能である。従って、圧力センサ１０２は、製造工程の簡略化を図ることが可能であり、さらに製造コストの削減を図ることが可能となっている。
【０２０３】
さらに、本実施形態においても、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４が複数の屈曲部を有し蛇行するように形成され、可動部１６１の変形による歪みが生じやすくなっている。このため、本実施形態のピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４も、可動部１６１の変形による抵抗値の変化がより顕著なものとなっている。従って、圧力センサ１０２は、より精密な圧力測定を行うことが可能となっている。
【０２０４】
図７４は、本発明の第６実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ１０３では、空洞部１１１が半導体基板１１０の裏面に開口しており、その開口部１１１ａにパイプ１６３が連結されている。さらに、パイプ１６３は、ガス供給室１６２に連結されている。なお、圧力センサ１０３のその他の構成は圧力センサ１０１と同様となっている。
【０２０５】
開口部１１１ａは、たとえば、空洞部１１１を形成した後に、半導体基板１１０の裏面からエッチングを施す工程を行うことにより形成可能である。
【０２０６】
圧力センサ１０３では、ガス供給室１６２内に圧力既知の気体を充填し、パイプ１６３を通して空洞部１１１内に既知の圧力の気体を導入することで、可動部１６１の裏面にかかる圧力を既知の値とすることができる。この場合、可動部１６１にかかる圧力は、可動部１６１の表面側にかかる外部の気体の圧力と、裏面側にかかる既知の圧力との相対圧力となる。このため、圧力センサ１０３は、空洞部１１１内の気体に対する外部の気体の相対圧力を検出することにより、外部の気体の圧力を算出することが可能である。
【０２０７】
さらに、圧力センサ１０３では、可動部１６１の表面にかかる圧力を一定の値とし、ガス供給室１６２内に圧力未知の気体を充填し、パイプ１６３を通して空洞部１１１内に導入することで、圧力未知の気体の圧力を測定することも可能である。
【０２０８】
図７５および図７６は、本発明の第７実施形態に基づく圧力センサを示している。図７５および図７６に示す圧力センサ１０４では、半導体基板１１０に積層方向に突出し、互いに対向する１対の板状部材１１２，１１３が設けられている。１対の板状部材１１２，１１３の積層方向における高さは、たとえば数μｍ〜数十μｍである。さらに、圧力センサ１０４では、可動部１６１および空洞部１１１の積層方向視における形状が長方形状となっている。可動部１６１および空洞部１１１は、１対の板状部材１１２，１１３の間に挟まれるように配置されている。また、さらに、本実施形態では、圧力センサ１０１〜１０３におけるピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４にかえて、薄膜状のピエゾ抵抗１７５，１７６，１７７，１７８を用いている。図７５および図７６では省略しているが、半導体層１３０上にピエゾ抵抗１７５，１７６，１７７，１７８が組み込まれたブリッジ回路が形成されている。圧力センサ１０４のその他の構成は圧力センサ１０１と同様である。
【０２０９】
図７７〜図８５では、圧力センサ１０４の製造工程の一部を示している。
【０２１０】
まず、図７７および図７８は、１対の板状部材１１２，１１３を形成する工程を示している。この工程は、平板状の半導体基板１１０を用意する工程と、用意した半導体基板１１０の表面に、厚さ０．５μｍの酸化層１１２ａ，１１３ａを形成する工程と、Ｓｉをエッチングする工程と、を有している。酸化層１１２ａ，１１３ａは、それぞれ、積層方向視において１対の板状部材１１２，１１３を形成したい部分を覆うように形成される。酸化層１１２ａ，１１３ａを形成する工程は、たとえば、用意した半導体基板１１０の表面を熱酸化させた後に、不要な部分をエッチングすることにより得ることが可能である。Ｓｉをエッチングする工程では、たとえば、ＣＨＦ3ガスを放電によって分解して得られるＦ含有ガスを用いた気相エッチングを行う。このエッチングでは、積層方向において酸化層１１２ａ，１１３ａに覆われた部分が残留し、図７８に示すような形状を得ることができる。
【０２１１】
次に、図７９に示すように、酸化膜１２１を形成する工程を行う。この工程は、半導体基板１１０の表面に熱酸化処理を施すことにより行うことができる。
【０２１２】
次に、図８０に示すように、半導体層１３０を形成する工程を行う。半導体層１３０を形成する工程は、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用い、多結晶Ｓｉを成長させることにより行われる。さらに、この工程では、半導体層１３０の表面が酸化層１１２ａ，１１３ａの表面と揃うように、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理を行う。
【０２１３】
次に、図８１に示すように、半導体層１３０の表面を熱酸化処理し、酸化層１２２を形成する工程を行う。
【０２１４】
次に、図８２および図８３に示すように、酸化層１２２に貫通孔１２２ａを形成する工程を行う。さらに、第４実施形態において図５９〜図６３を参照として説明したように、貫通孔１３０ａを形成する工程、貫通孔１３０ａの内周面を酸化させる工程、通気孔１１１Ａを形成する工程、および、空洞部１１１を形成する工程を行うことにより、図８４および図８５に示す状態となる。その後、通気孔１１１Ａを封止する工程と、半導体層１３０上の酸化層１２２および酸化層１１２ａ，１１３ａを除去する工程と、ピエゾ抵抗１７５，１７６，１７７，１７８を形成する工程と、ブリッジ回路を形成する工程と、を経ることで図７５および図７６に示す圧力センサ１０４を製造することができる。
【０２１５】
ピエゾ抵抗１７５，１７６，１７７，１７８を形成する工程は、たとえば、ピエゾ抵抗１７５，１７６，１７７，１７８の材料となる物質を、半導体層１３０の表面にドーピングし、それらを拡散させることにより行うことができる。
【０２１６】
このような圧力センサ１０４は、圧力センサ１０１と同様に、半導体層１３０に通気孔１１１Ａを形成し、この通気孔１１１Ａを介して半導体基板１１０をエッチングすることにより空洞部１１１および可動部１６１を形成している。このため、圧力センサ１０４は、従来のように複数の半導体基板を用いることなく、１枚の半導体基板１１０から製造することが可能である。従って、圧力センサ１０４は、製造工程の簡略化を図ることが可能であり、さらに製造コストの削減を図ることが可能となっている。
【０２１７】
本発明に係る圧力センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る圧力センサの各部の具体的な構成およびその製造方法の各工程の具体的な方法は、種々に設計変更自在である。たとえば、圧力センサ１０３は、圧力センサ１０１を基礎とする構成であるが、圧力センサ１０２を基礎とする構成であってもよい。また、たとえば、封止部材１４１が、貫通孔１３０ａ全体に充填されていてもよく、さらに貫通孔１２１ａにまで延出していても構わない。
【０２１８】
また、圧力センサ１０４においても、圧力センサ１０３のように開口部１１１ａ、パイプ１６３、およびガス供給室１６２を設けても構わない。さらに、圧力センサ１０１，１０２において、ピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４を設けるかわりに、圧力センサ１０４で示したピエゾ抵抗１７５，１７６，１７７，１７８を設けても構わない。逆に、圧力センサ１０４において、ピエゾ抵抗１７５，１７６，１７７，１７８を用いる代わりに、圧力センサ１０２で示したピエゾ抵抗１７１，１７２，１７３，１７４を用いても構わない。
【０２１９】
また、たとえば、上記実施形態では、半導体基板１１０を単結晶Ｓｉで形成しているが、多結晶Ｓｉを用いても構わない。
【０２２０】
図８６および図８７は、本発明の第８実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ２０１は、半導体基板２１０、（第１の）絶縁体層２２１、絶縁カバー２２２、（第３の）絶縁カバー２２３、中間層２３０、および、電極層２４０を備えている。
【０２２１】
半導体基板２１０は、たとえば、積層方向（図８７中の上下方向）における厚さが３００μｍ程度の単結晶シリコン（Ｓｉ）基板であり、内部が真空または一定気圧である空洞部２１１を有している。空洞部２１１は、半導体基板２１０の表面に開口するように形成されており、その積層方向における深さは、たとえば５〜１００μｍである。空洞部２１１は、積層方向視において正方形または長方形、あるいは円形または楕円形となるように形成されており、図８６中の左右方向における長さは、たとえば５０μｍ〜数ｍｍである。
【０２２２】
中間層２３０は、半導体基板２１０上に積層された厚さ１μｍ〜５０μｍ程度の層であり、半導体層２３０Ａ、凹部２３１、（第２の）絶縁体層２３２、半導体層２３０Ａに空けられた複数個の貫通孔２３３、保護膜２３４、封止部材２３５、および、空洞部２３７を備えている。この中間層２３０は、その大部分が多結晶Ｓｉからなる半導体層２３０Ａによって構成されており、その他の部分は、後の製造方法の項目で記載するように、半導体層２３０Ａに対する加工により形成されたものである。
【０２２３】
凹部２３１は、積層方向視において空洞部２１１と重なる位置に形成されている。この凹部２３１は、中間層２３０の表面から積層方向にたとえば２μｍだけ凹むように形成されている。この凹部２３１内に、空洞部２３７が形成されている。
【０２２４】
絶縁体層２３２は、凹部２３１の表面を覆うように形成されている。絶縁体層２３２の厚さは、たとえば１．０μｍ程度である。絶縁体層２３２は、たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2によって形成されている。
【０２２５】
複数の貫通孔２３３は、積層方向視において凹部２３１と重なる範囲内に形成されており、積層方向において中間層２３０の表面から凹部２３１に向かって延びるように形成されている。各貫通孔２３３の積層方向視における形状は、たとえば、直径が０．５μｍ〜５．０μｍの円形あるいは同程度の大きさの楕円形である。
【０２２６】
保護膜２３４は、各貫通孔２３３の内周面に形成された厚さ０．２μｍ程度のＳｉＯ2の膜である。
【０２２７】
封止部材２３５は、たとえばＳｉＯ2によって形成されており、各貫通孔２３３の積層方向における上端部を封止している。封止部材２３５は、絶縁体層２３２および保護膜２３４と一体となっている。
【０２２８】
絶縁体層２２１は、半導体基板２１０と中間層２３０との間に設けられており、たとえばＳｉＯ2により形成されている。絶縁体層２２１の厚みは、たとえば、０．１〜１．０μｍである。絶縁体層２２１は、貫通孔２３３と繋がるように形成された貫通孔２２１ａを有している。
【０２２９】
絶縁カバー２２２は、凹部２３１の表面を除く中間層２３０の表面を覆うように設けられており、たとえばＳｉＯ2により形成されている。絶縁カバー２２２の厚みは、たとえば、０．１〜１μｍである。絶縁カバー２２２は、半導体層２３０Ａを露出させるように形成された開口部２２２ｂを有している。この開口部２２２ｂは、たとえば、図８６中の右端部に設けられている。
【０２３０】
絶縁カバー２２３は、たとえばＳｉＯ2からなり、空洞部２３７に対して蓋をするように形成されている。絶縁カバー２２３の厚みは、たとえば、０．１〜１μｍである。絶縁カバー２２３は、積層方向視において凹部２３１の底面と同じ形状であり、その端縁は絶縁カバー２２２および絶縁体層２３２と一体となっている。絶縁カバー２２３は、積層方向における下端が空洞部２３７に到達する複数個の貫通孔２２３ａを有している。
【０２３１】
電極層２４０は、絶縁カバー２２２または絶縁カバー２２３上に形成されており、固定電極端子２４１、固定電極２４２、可動電極端子２４３、接続線２４４、および、充填部２４５を有している。電極層２４０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成されている。
【０２３２】
固定電極端子２４１は、絶縁カバー２２２上の適所に設置されており、たとえば外部との電気的接続を目的として使用される。固定電極２４２は、絶縁カバー２２３上に形成されており、固定電極端子２４１と導通している。さらに、固定電極２４２は、積層方向における下端が各貫通孔２２３ａに到達する複数個の貫通孔２４２ａを有している。なお、固定電極２４２は、絶縁カバー２２３の全域を覆うように形成されている。
【０２３３】
可動電極端子２４３は、固定電極端子２４１および固定電極２４２と電気的に絶縁され、接続線２４４を介して充填部２４５と導通するように、絶縁カバー２２２上に形成されている。充填部２４５は、開口部２２２ｂを埋めるように形成されており、半導体層２３０Ａに接触している。すなわち、可動電極端子２４３は、接続線２４４および充填部２４５を介して半導体層２３０Ａと導通している。
【０２３４】
次に、圧力センサ２０１の動作について、説明を行う。
【０２３５】
圧力センサ２０１では、積層方向において空洞部２１１，２３７に挟まれた領域が、変形可能な可動部２６１となる。上記の構成によると、絶縁カバー２２３および固定電極２４２に貫通孔２２３ａ，２４２ａが形成されているため、空洞部２３７内部は、外部から流入した気体が充填されている。一方、上述したように空洞部２１１は真空あるいは一定気圧である。このため、可動部２６１は、空洞部２３７内に流入した気体によって押圧されて変形する。可動部２６１には半導体層２３０Ａの一部が含まれているため、可動部２６１に変形が生じると、固定電極２４２と半導体層２３０Ａとの間の静電容量に変化が生じることになる。上述したように、半導体層２３０Ａは可動電極端子２４３に導通しており、固定電極２４２は固定電極端子２４１に導通している。従って、圧力センサ２０１は、可動部２６１内の半導体層２３０Ａを可動電極とし、可動部２６１と固定電極２４２との間の静電容量の変化を固定電極端子２４１および可動電極端子２４３から出力することにより、空洞部２３７内に流入した気体の絶対圧力を測定可能である。
【０２３６】
次に、圧力センサ２０１の製造方法について、図８８〜図１０６を参照しつつ説明を行う。
【０２３７】
まず、平板状の半導体基板２１０を用意する工程と、半導体基板２１０の表面に絶縁体層２２１を形成する工程と、絶縁体層２２１上に半導体層２３０Ａを形成する工程と、半導体層２３０Ａ上に絶縁カバー２２２を形成する工程と、を行い、図８８に示す状態とする。絶縁体層２２１を形成する工程は、たとえば、半導体基板２１０の表面を熱酸化させることにより行われる。半導体層２３０Ａを形成する工程は、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用い、多結晶Ｓｉを成長させることにより行われる。絶縁カバー２２２を形成する工程は、半導体層２３０Ａの表面を熱酸化させることにより行われる。
【０２３８】
次に、図８９および図９０に示すように、絶縁カバー２２２に開口部２２２ａを形成する工程を行う。開口部２２２ａは、半導体層２３０Ａのうち凹部２３１の形成予定領域を露出させるように形成される。この工程は、たとえば、開口部２２２ａを形成する領域を露出させる樹脂製レジストを設けた後に、フッ素系分子イオン（ＨＦ2-）とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行われる。ＨＦ2-は、たとえば、フッ化水素（ＨＦ）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。ＨＦは、たとえば、ＣＨＦ3ガスを分解して得られるフッ素単原子（Ｆ）およびフッ素分子（Ｆ2）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。酸化されていないＳｉは、ＨＦ2-とは反応しにくいため、これらのエッチング工程によって半導体層２３０Ａは除去されずに残留する。なお、気相エッチングを行うかわりに、フッ酸（ＨＦ）水を用いたウェットエッチングを行ってもよい。
【０２３９】
次に、図９１に示すように、凹部２３１を形成する工程を行う。この工程は、ＨＦを含むガスを用いた気相異方性エッチングにより行うことができる。ＨＦを含むガスは、たとえば、ＣＨＦ3ガスに水蒸気を添加したガスを放電により分解することによって得ることができる。ＨＦを乾燥状態としてＨＦ2-の発生を抑えてエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2がエッチングされることを防ぐことができる。このため、この工程では、絶縁カバー２２２は残留する。
【０２４０】
次に、図９２に示すように、絶縁体層２３２を形成する工程を行う。この工程は、たとえば熱酸化処理を行うか、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2を成長させることにより行うことが可能である。いずれの方法であっても、この工程では、絶縁体層２３２が形成されると同時に絶縁カバー２２２の厚みが増加する。
【０２４１】
次に、図９３および図９４に示すように、複数個の貫通孔２３２ａを形成する工程を行う。各貫通孔２３２ａは、積層方向に絶縁体層２３２を貫通し、半導体層２３０Ａの表面を露出させるように形成される。この工程は、開口部２２２ａを形成する工程と同様に、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相異方性エッチングを施すことにより行われる。この場合、複数個の貫通孔２３２ａに対応する複数個の開口部を有する樹脂製レジストを用いればよい。
【０２４２】
次に、図９５に示すように、複数個の貫通孔２３３を形成する工程を行う。この工程は、凹部２３１を形成する工程と同様に、ＨＦを含むガスを用いた気相異方性エッチングにより行うことができる。
【０２４３】
次に、図９６に示すように、保護膜２３４を形成する工程を行う。この工程は、たとえば熱酸化処理を行うか、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2を成長させることにより行うことが可能である。
【０２４４】
次に、図９７に示すように、通気孔２１１Ａを形成する工程を行う。通気孔２１１Ａは、外部から半導体基板２１０にエッチングガスを導入するためのものであり、貫通孔２２１ａ，２３２ａ，２３３によって構成されている。先の工程で貫通孔２３２ａ，２３３は形成されているため、本工程では複数個の貫通孔２２１ａを形成する。この工程は、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行われる。本工程では、同時に絶縁カバー２２２および絶縁体層２３２の一部もエッチングされて薄くなる。なお、絶縁カバー２２２あるいは絶縁体層２３２の厚みが不十分である場合、貫通孔２３２ａを形成する際に用いたレジストと同形状のレジストを用いればよい。
【０２４５】
次に、図９８に示すように、空洞部２１１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、フッ素単原子（Ｆ）を含有するガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。Ｆは、Ｓｉと反応しやすい一方、ＳｉＯ2とは反応しにくい。このため、ＳｉＯ2に覆われた通気孔２１１Ａを通してＦ含有ガスを半導体基板２１０に導入することにより、半導体層２３０Ａが削れる前に半導体基板２１０がエッチングされて空洞部２１１が形成される。なお、Ｆを含むガスは、ＣＨＦ3ガスを放電によって分解することで得ることができる。
【０２４６】
空洞部２１１を形成する工程は、たとえば、フッ化キセノンガスを用いたエッチングによっても行うことが可能である。フッ化キセノンガスを用いる場合、ＣＨＦ3ガスを用いる場合よりもＳｉとＳｉＯ2との反応性の差が大きいため、保護膜２３４の厚みをより薄くすることが可能である。
【０２４７】
次に、図９９に示すように、通気孔２１１Ａを封止する工程を行う。この工程では、絶縁体層２３２の一部の厚みが増加するとともに、封止部材２３５が形成される。この工程は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いて減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法を行うことにより、絶縁体層２３２および通気孔２１１ＡにＳｉＯ2を積層させることにより行われる。真空または一定気圧雰囲気中において、通気孔２１１Ａを封止することにより、空洞部２１１を真空または一定気圧とすることができる。
【０２４８】
なお、通気孔２１１Ａの封止は、上記手法以外にも、たとえば、熱酸化処理を行い、酸化部分の膨張を利用する方法や、プラズマＣＶＤ法によっても可能である。
【０２４９】
次に、図１００に示すように、犠牲層２３６を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、凹部２３１および開口部２２２ａに多結晶Ｓｉを埋め込むことにより行うことができる。なお、本工程では、犠牲層２３６の表面が絶縁カバー２２２の表面と揃うように研磨しておく。
【０２５０】
次に、図１０１に示すように、絶縁カバー２２３を形成する工程を行う。この工程は、たとえば犠牲層２３６の表面を熱酸化させることにより行うことができる。この工程では、絶縁カバー２２３の厚みが絶縁カバー２２２と同程度となるように行う。その結果、開口部２２２ａが絶縁カバー２２３で充填され、凹部２３１が犠牲層２３６に充填された状態となる。
【０２５１】
次に、図１０２および図１０３に示すように、貫通孔２２３ａおよび開口部２２２ｂを形成する工程を行う。この工程は、たとえば、貫通孔２２３ａおよび開口部２２２ｂに対応する開口部を有する樹脂製レジストを設置し、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行われる。
【０２５２】
次に、図１０４に示すように金属層２４０Ａを積層する工程を行う。金属層２４０Ａは、Ａｌからなる層であり、絶縁カバー２２２および絶縁カバー２２３を覆うように形成される。なお、貫通孔２２３ａにおいては、金属層２４０Ａは犠牲層２３６に直接積層され、開口部２２２ｂにおいては半導体層２３０Ａ上に直接積層されている。この工程は、たとえばＣＶＤ法によりＡｌを積層させることによって行われる。
【０２５３】
次に、図１０５および図１０６に示すように、金属層２４０Ａから電極層２４０を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、積層方向視において電極層２４０と同形状のレジストを設置し、気相エッチングによって不要なＡｌを除去することにより行われる。上述したように、固定電極２４２は各貫通孔２２３ａと重なる貫通孔２４２ａを有しているため、この工程の終了後には、貫通孔２２３ａおよび貫通孔２４２ａを通気孔として犠牲層２３６のエッチングを行うことが可能な状態となっている。この工程の終了後に、犠牲層２３６を除去し、空洞部２３７を形成する工程を行う。犠牲層２３６を除去する工程は、ＨＦを含むガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。空洞部２３７が形成されたことにより中間層２３０が完成し、図８６および図８７に示す圧力センサ２０１が完成する。
【０２５４】
次に、圧力センサ２０１の作用について説明する。
【０２５５】
上述した製造方法によると、空洞部２１１は、通気孔２１１Ａを介して半導体基板２１０をエッチングすることにより形成可能であり、かつ、空洞部２３７は、凹部２３１に埋め込まれた犠牲層２３６をエッチングすることにより形成可能である。このため、圧力センサ２０１は、従来のように複数の半導体基板を用いることなく、１枚の半導体基板２１０から製造することが可能である。従って、圧力センサ２０１は、製造工程の簡略化を図ることが可能であり、さらに製造コストの削減を図ることが可能となっている。
【０２５６】
本実施形態によれば、凹部２３１は気相エッチングにより形成されており、その底面は、自然に絶縁カバー２２２の表面と平行な面となる。一方、固定電極２４２は、絶縁カバー２２２の表面と揃うように形成されている絶縁カバー２２３上に積層されたものである。このため、固定電極２４２の裏面と、圧力センサ２０１における可動電極の表面に相当する凹部２３１の底面とは自然に平行となっている。さらに、凹部２３１の深さは、エッチングを行う時間を調整することで容易に制御可能である。従って、固定電極２４２と可動部２６１との間の静電容量の値を正確に設定することが可能であり、圧力センサ２０１は、より精密な圧力測定を行うことが可能である。
【０２５７】
さらに、本実施形態によれば、凹部２３１が絶縁体層２３２によって覆われており、かつ、固定電極２４２の裏面は絶縁カバー２２３によって覆われているため、固定電極２４２と可動部２６１との間の静電容量がより大きな値となっている。固定電極２４２と可動部２６１との間の静電容量が大きければ大きいほど、その値の変化をより検知しやすいため、圧力センサ２０１は、より精度の高い圧力測定を行うことが可能である。
【０２５８】
図１０７〜図１２４は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【０２５９】
図１０７は、本発明の第９実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ２０２は、圧力センサ２０１における絶縁カバー２２３を備えていないこと以外は圧力センサ２０１と同様の構成を備えている。絶縁カバー２２３が設けられていないため、圧力センサ２０２における固定電極２４２は、積層方向視において凹部２３１よりも大きく、絶縁カバー２２２に支持されるように形成されている。このような圧力センサ２０２は、圧力センサ２０１における絶縁カバー２２３を形成する工程および貫通孔２２３ａを形成する工程を省略することにより、製造することが可能である。このような圧力センサ２０２は、より一層の製造工程の簡略化を図るのに適している。
【０２６０】
図１０８は、本発明の第１０実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ２０３では、空洞部２１１が半導体基板２１０の裏面に開口しており、その開口部２１１ａにパイプ２６３が連結されている。さらに、パイプ２６３は、ガス供給室２６２に連結されている。なお、圧力センサ２０３のその他の構成は圧力センサ２０１と同様となっている。
【０２６１】
開口部２１１ａは、たとえば、半導体基板２１０に半導体層２３０Ａを積層する前に、半導体基板２１０の裏面に対してエッチングを行い、後に形成される空洞部２１１と繋がるような凹部を設けておくことにより、形成可能である。
【０２６２】
ガス供給室２６２は、空洞部２１１に圧力既知の気体を供給する。このため、圧力センサ２０３における空洞部２１１の内部は、圧力センサ２０１の場合と異なり、既知の圧力の気体によって満たされている。このとき、可動部２６１は、空洞部２１１，２３７内の気体のそれぞれから圧力を受け、その相対圧力に応じて変形する。従って、圧力センサ２３０は、外部の気体の圧力と空洞部２１１内のガス供給室２６２から供給された気体との相対圧力を測定することが可能である。
【０２６３】
また、圧力センサ２０３を真空雰囲気中に設置した場合、ガス供給室２６２から空洞部２１１に圧力未知の気体を導入することにより、その圧力未知の気体の絶対圧力を測定することも可能である。圧力センサ２０３の完成後に、さらに空洞部２３７を真空封止した場合にも同様に、空洞部２１１内の圧力未知の気体の絶対圧力を測定することが可能となる。
【０２６４】
図１０９および図１１０は、本発明の第１１実施形態に基づく圧力センサを示している。図１０９および図１１０に示す圧力センサ２０４は、１対の板状部材２１２，２１３、保護層２２４、接地電極端子２４６、接続線２４７、および、充填部２４８を備えており、その他の構成は圧力センサ２０１と同様である。なお、接地電極端子２４６、接続線２４７、および、充填部２４８は電極層２４０の一部である。
【０２６５】
図１１０に示すように、１対の板状部材２１２，２１３は、半導体基板２１０の表面から積層方向に７μｍほど突き出すように形成されている。図１１０における左右方向において、１対の板状部材２１２，２１３の間には、可動部２６１および空洞部２３７が設置されている。
【０２６６】
保護層２２４は、１対の板状部材２１２，２１３の積層方向における頂上部分を覆うように積層形成されている。保護層２２４は、たとえばＳｉＯ2により形成されている。板状部材２１２に積層された保護層２２４には、開口部２２４ａが形成されている。この開口部２２４ａを埋めるように充填部２４８が形成されている。
【０２６７】
接地電極端子２４６は、外部のグラウンドに接続される端子であり、絶縁カバー２２２上の適所に設置されている。接地電極端子２４６は、接続線２４７を介して充填部２４８に導通している。接地電極端子２４６、接続線２４７、および充填部２４８は、たとえばＡｌ製であり、固定電極端子２４１および可動電極端子２４３の双方に対して電気的に絶縁されるように配置されている。
【０２６８】
次に、圧力センサ２０４の製造方法について、主に圧力センサ２０１の製造方法との相違点を中心に、図１１１〜図１２４を参照しつつ説明を行う。
【０２６９】
まず、厚さ１００〜１０００μｍ程度の一様な板状の半導体基板２１０を用意し、この半導体基板２１０を上記１対の板状部材２１２，２１３を有する形状に加工する工程を行う。この工程では、図１１１および図１１２に示すように保護層２２４を形成する工程と、図１１３に示すように半導体基板２１０を積層方向に削る工程と、を行う。保護層２２４を形成する工程は、たとえば、ＣＶＤ法あるいは熱酸化処理により、半導体基板２１０の表面に厚さ０．５μｍ程度のＳｉＯ2層を形成し、不要な部分をエッチングすることにより行われる。このエッチング作業では、たとえば、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相異方性エッチングを行う。半導体基板２１０を積層方向に削る工程は、たとえば、Ｆ単原子を含有するガスを用いた気相異方性エッチングにより行うことができる。
【０２７０】
次に、図１１４に示すように、絶縁体層２２１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体基板２１０の表面を熱酸化させることにより行われる。なお、この工程では、板状部材２１２，２１３の側面にも絶縁体層２２１が形成される。
【０２７１】
次に、図１１５に示すように、半導体層２３０Ａを形成する工程を行う。この工程は、半導体基板２１０上の板状部材２１２，２１３以外の領域に、多結晶Ｓｉ材料を埋め込み、成長させることにより行われる。さらに、この工程では、半導体層２３０Ａが十分に成長したのちに、保護層２２４の表面を基準として、半導体層２３０Ａの表面をＣＭＰにより平坦化する。
【０２７２】
次に、図１１６に示すように、絶縁カバー２２２を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体層２３０Ａの表面を熱酸化させることによって行われる。この工程で形成される絶縁カバー２２２の厚みは、たとえば０．５μｍである。
【０２７３】
次に、図１１７および図１１８に示すように、開口部２２２ａを形成する工程を行う。開口部２２２ａは、１対の支持部材２１２，２１３のそれぞれに積層された保護層２２４に挟まれるように形成される。この工程の後、圧力センサ２０１の製造工程における図９１〜図１０１に示す工程を順次行うことにより、図１１９に示す状態を得ることができる。
【０２７４】
次に、図１２０および図１２１に示すように、貫通孔２２３ａおよび開口部２２２ｂ，開口部２２４ａを形成する工程を行う。この工程は、たとえば、貫通孔２２３ａおよび開口部２２２ｂ，２２４ａに対応する開口部を有する樹脂製レジストを設置し、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行われる。
【０２７５】
次に、図１２２に示すように、金属層２４０Ａを形成する工程を行う。金属層２４０Ａは、Ａｌからなる層であり、絶縁カバー２２２、絶縁カバー２２３および保護層２２４を覆うように形成される。なお、金属層２４０Ａは、開口部２２４ａにおいては、板状部材２１２に直接積層されている。この工程は、たとえばＣＶＤ法によりＡｌを積層させることによって行われる。
【０２７６】
次に、図１２３および図１２４に示すように、金属層２４０Ａから電極層２４０を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、積層方向視において電極層２４０と同形状のレジストを設置し、気相エッチングによって不要なＡｌを除去することにより行われる。さらにその後、犠牲層２３６を除去することにより、図１０９および図１１０に示す圧力センサ２０４が完成する。
【０２７７】
このような圧力センサ２０４では、接地電極端子２４６を介して半導体基板２１０を外部のグラウンドに接続することが可能となる。このため、圧力センサ２０４では、固定電極２４２と可動部２６１との間の静電容量をさらに正確な値に設定することが可能である。従って、圧力センサ２０４は、より精密な測定を行うことが可能である。
【０２７８】
さらに、圧力センサ２０４では、中間層２３０を積層方向に貫通するように比較的強度の高い板状部材２１２，２１３が設けられているため、その強度が増している。特に、可動部２６１が板状部材２１２，２１３の間に保持されているため、中間層２３０に不当な圧力がかかった場合にも、可動部２６１が不当に変形しにくくなっている。このため、圧力センサ２０４では、固定電極２４２と可動部２６１との間の静電容量をさらに正確な値に設定することが可能である。従って、圧力センサ２０４は、より精密な測定を行うことが可能である。
【０２７９】
本発明に係る圧力センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る圧力センサの各部の具体的な構成およびその製造方法の各工程の具体的な方法は、種々に設計変更自在である。たとえば、圧力センサ２０２，２０３は、圧力センサ２０１を基礎とする構成であるが、圧力センサ２０４を基礎とする構成であっても構わない。
【０２８０】
また、たとえば、上記実施形態では、半導体基板２１０を単結晶Ｓｉで形成し、半導体層２３０Ａを多結晶Ｓｉで形成しているが、半導体基板２１０を多結晶Ｓｉで形成し、半導体層２３０Ａを単結晶Ｓｉで形成しても構わない。また、さらに、犠牲層２３６を、単結晶Ｓｉ、あるいは、ＨＦ2-との反応性が低い樹脂によって形成しても構わない。
【０２８１】
図１２５および図１２６は、本発明の第１２実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ３０１は、半導体構造体３１０と、絶縁体層３２０、半導体膜３３１，３３２、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、導通部３４３，３４７、気体導入空間３５１，３５２，３５４、および、密閉空間３５３を備えている。気体導入空間３５１，３５２，３５４には圧力センサ３０１の外部の空気が充填されている。密閉空間３５３は、真空となっている。
【０２８２】
半導体構造体３１０は、たとえば、単結晶ケイ素（Ｓｉ）からなる単一の半導体材料から形成されており、平板状の半導体基板３１１、板状部材３１２、および、壁部３１３，３１４によって構成されている。半導体基板３１１の表面には、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなる厚さ０．２μｍ程度の酸化膜３１１ａが形成されている。以下の説明において、ｘ方向を半導体基板３１１の面内方向の１つとし、ｙ方向をｘ方向と直交する半導体基板３１１の面内方向とし、ｚ方向をｘ，ｙ方向と直交する方向とする。図１２５に示すように、半導体構造体３１０は、ｚ方向視においてｘ方向を長辺方向とする長方形状となっている。また、図１２６に示すように、ｚ方向は、半導体基板３１１の積層方向となっている。
【０２８３】
板状部材３１２は、半導体基板３１１のｘ方向における中央からｚ方向に垂直に起立するように形成されている。この板状部材３１２は、半導体基板３１１のｙ方向における略全長に渡って形成されている。板状部材３１２のｘ方向における長さは、たとえば１０μｍであり、ｚ方向における長さは、たとえば、１００μｍである。板状部材３１２のｘ方向における両側面には、たとえばＳｉＯ2からなり厚さ０．２μｍ程度の酸化膜３１２ａが形成されている。
【０２８４】
壁部３１３は、半導体基板３１１のｘ方向における図１２６中左側の端部からｚ方向に垂直に起立するように形成されている。この壁部３１３は、半導体基板３１１のｙ方向における略全長に渡って形成されている。壁部３１３のｘ方向における右側面には、たとえばＳｉＯ2からなり厚さ０．２μｍ程度の酸化膜３１３ａが形成されている。
【０２８５】
壁部３１４は、半導体基板３１１のｘ方向における図１２６中右側の端部からｚ方向に突出するように形成されている。この壁部３１４は、半導体基板３１１のｙ方向における略全長に渡って形成されている。壁部３１４のｘ方向における左側面には、たとえばＳｉＯ2からなり厚さ０．２μｍ程度の酸化膜３１４ａが形成されている。
【０２８６】
図１２５および図１２６中には表れていないが、半導体基板３１１のｙ方向における両端にも壁部３１３，３１４と同様の壁部が形成されており、半導体構造体３１０は、４方の壁部に囲まれた領域内に板状部材３１２で仕切られた２つの凹部を有する構造となっている。ｘ方向において板状部材３１２と壁部３１３との間に挟まれた凹部内には、半導体膜３３１および気体導入空間３５１，３５２が収容されている。ｘ方向において板状部材３１２と壁部３１４との間に挟まれた凹部内には、半導体膜３３２、密閉空間３５３および気体導入空間３５４が収容されている。
【０２８７】
半導体膜３３１は、ｘ方向における厚みが４μｍ程度の多結晶Ｓｉからなる膜である。この半導体膜３３１のｚ方向における長さは、たとえば、１００μｍであり、ｙ方向において半導体基板３１１の略全長に渡って延びている。ｘ方向における半導体膜３３１の両側面には、たとえばＳｉＯ2からなり厚さ０．２μｍ程度の酸化膜３３１ａが形成されている。半導体膜３３１は、ｘ方向において板状部材３１２と壁部３１３との間に設置されている。半導体膜３３１のｘ方向における図１２６中右側面は、板状部材３１２の左側面と平行な面となっており、その間隔は、たとえば２μｍである。一方、半導体膜３３１の左側面と壁部３１３の右側面との間隔は、たとえば３〜８μｍである。
【０２８８】
半導体膜３３１は、上述した凹部の一方をさらに２つに仕切っており、壁部３１３と半導体膜３３１との間が気体導入空間３５１に、半導体膜３３１と板状部材３１２との間が気体導入空間３５２となっている。
【０２８９】
半導体膜３３２は、ｘ方向における厚みが４μｍ程度の多結晶Ｓｉからなる膜である。この半導体膜３３２のｚ方向における長さは、たとえば、１００μｍであり、ｙ方向において半導体基板３１１の略全長に渡って延びている。ｘ方向における半導体膜３３２の両側面には、たとえばＳｉＯ2からなり厚さ０．２μｍ程度の酸化膜３３２ａが形成されている。半導体膜３３２は、ｘ方向における板状部材３１２と壁部３１４との間に設置されている。半導体膜３３２のｘ方向における図１２６中左側面は、板状部材３１２の右側面と平行な面となっており、その間隔は、たとえば２μｍである。一方、半導体膜３３２の右側面と壁部３１４の左側面との間隔は、たとえば３〜８μｍである。
【０２９０】
半導体膜３３２は、上述した凹部の他方をさらに２つに仕切っており、半導体膜３３２と板状部材３１２との間が密閉空間３５３に、半導体膜３３２と壁部３１４との間が気体導入空間３５４となっている。
【０２９１】
絶縁体層３２０は、たとえば、ＳｉＯ2からなり、半導体構造体３１０に積層されている。絶縁体層３２０は、ｚ方向における気体導入空間３５１，３５２，３５４の上方に、開口部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃを備えている。気体導入空間３５１，３５２，３５４は、開口部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃを通して外部から空気が流入可能となっている。さらに、絶縁体層３２０は、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、導通部３４３，３４７を露出させる開口部３２０ｄを備えている。
【０２９２】
接続端子３４１は、外部との電気的接続を行うための端子であり、接続線３４２を介して導通部３４３と連結されている。導通部３４３は、半導体膜３３１と導通する部分である。
【０２９３】
接続端子３４４は、外部との電気的接続を行うための端子であり、たとえば壁部３１４のｚ方向上端部と導通している。半導体構造体３１０は一体として形成されているため、接続端子３４４は、板状部材３１２とも導通している。
【０２９４】
接続端子３４５は、外部との電気的接続を行うための端子であり、接続線３４６を介して導通部３４７と連結されている。導通部３４７は、半導体膜３３２と導通する部分である。
【０２９５】
次に、圧力センサ３０１の動作について、説明を行う。
【０２９６】
圧力センサ３０１では、半導体膜３３１，３３２がｘ方向に固定されておらず、かつ、ｘ方向における厚みが小さいため変形可能であり、それぞれ可動電極として機能する。半導体膜３３１が、壁部３１３よりも板状部材３１２に近いことから、板状部材３１２のｘ方向左側面が半導体膜３３１に対する固定電極として機能する。同様に、半導体膜３３２が、壁部３１４よりも板状部材３１２に近いことから、板状部材３１２のｘ方向右側面が半導体膜３３２に対する固定電極として機能する。さらに、板状部材３１２は、接続端子３４４に導通しており、かつ、半導体膜３３１，３３２はそれぞれ接続端子３４１，３４５と導通しているため、各固定電極と各可動電極との間の静電容量変化を好ましく検出することができる。
【０２９７】
上述したように、板状部材３１２のｘ方向左側面と半導体膜３３１との間隔と、板状部材３１２のｘ方向右側面と半導体膜３３２との間隔とは、同じであり、ｘ方向視における半導体膜３３１，３３２は同じ大きさ形状である。このため、半導体膜３３１，３３２が変形していない状態では、接続端子３４１，３４５から得られる出力値はほぼ同じ値となる。
【０２９８】
半導体膜３３１は、気体導入空間３５１，３５２間に導入された気体の双方からｘ方向に圧力を受ける。本実施形態では、気体導入空間３５１，３５２の双方に同じ外気が導入されているため、半導体膜３３１にかかる圧力は釣り合った状態となっている。このため、半導体膜３３１と板状部材３１２との間の静電容量は変化せず、接続端子３４１から得られる出力値は一定の基準値となる。
【０２９９】
一方、半導体膜３３２は、真空である密閉空間３５３と、外気が取り込まれた気体導入空間３５４とにｘ方向に挟まれている。このため、半導体膜３３２は、気体導入空間３５４内の外気からｘ方向に外気の気圧に相当する圧力を受けて変形する。このため、半導体膜３３２と板状部材３１２との間の静電容量は、外気の気圧に応じて変化し、接続端子３４５から得られる出力値は変化した静電容量に応じた値となる。この値と接続端子３４１から得た基準値とを比較することにより、半導体膜３３２と板状部材３１２間の静電容量変化量を算出し、さらにその静電容量変化量から、外気の気圧を算出することが可能である。従って、圧力センサ３０１は、好ましく外気の絶対圧を測定することが可能である。
【０３００】
次に、圧力センサ３０１の製造方法について、図１２７〜図１４５を参照しつつ説明を行う。
【０３０１】
まず、単結晶Ｓｉからなる直方体状の半導体材料３１０Ａを用意し、この半導体材料３１０Ａを加工することにより半導体構造体３１０を形成する工程を行う。
【０３０２】
半導体材料３１０Ａの加工を行うために、まず、半導体材料３１０Ａの表面にＳｉＯ2からなる絶縁体層３２１を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体材料３１０Ａの表面を熱酸化させることによって行うことができる。あるいは、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いても構わない。
【０３０３】
次に、図１２７および図１２８に示すように、絶縁体層３２１に半導体材料３１０Ａの表面を露出させる開口部３２２，３２３を形成する。開口部３２２は、ｚ方向視において、気体導入空間３５１，３５２および半導体膜３３１が形成される領域と重なる領域に形成される。開口部３２３は、ｚ方向視において、密閉空間３５３、気体導入空間３５４および半導体膜３３２が形成される領域と重なる領域に形成される。この工程は、たとえば、開口部３２２，３２３を形成する領域を露出させる樹脂製レジストを設けた後に、フッ素系分子イオン（ＨＦ2-）とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行われる。ＨＦ2-は、たとえば、フッ化水素（ＨＦ）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。ＨＦは、たとえば、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスまたは三フッ化メタン（ＣＨＦ3）ガスを分解して得られるフッ素単原子（Ｆ）およびフッ素分子（Ｆ2）を水蒸気と反応させることにより得ることができる。酸化されていないＳｉは、ＨＦ2-とは反応しにくいため、これらのエッチング工程によって半導体材料３１０Ａは除去されずに残留する。なお、気相エッチングを行うかわりに、フッ酸（ＨＦ）水を用いたウェットエッチングを行ってもよい。
【０３０４】
次に、図１２９に示すように、半導体材料３１０Ａに対しｚ方向を侵食方向としてエッチングを施す工程を行う。この工程では、半導体材料３１０Ａの残部として半導体構造体３１０が形成される。この工程は、たとえば、ボッシュプロセス(ボッシュは登録商標)を用いたＳｉ−ＤＲＩＥ（深堀り反応性イオンエッチング）により行うことができる。ボッシュプロセスはエッチングと側壁保護を繰り返し行うプロセスであり、アスペクト比の高いエッチングを行うことが可能である。この工程の結果、半導体材料３１０Ａのうち絶縁体層３２１に覆われた部分が残留し、板状部材３１２、壁部３１３，３１４、および、ｙ方向両端の壁部が形成される。さらに、半導体材料３１０Ａをｚ方向に貫通しないようにエッチング時間を調整することにより、半導体材料３１０Ａの底部が半導体基板３１１となる。
【０３０５】
次に、図１３０に示すように、酸化膜３１１ａ，３１２ａ，３１３ａ，３１４ａを形成する工程を行う。この工程は、たとえば、半導体構造体３１０の表面を熱酸化させることにより行うことができる。なお、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2を積層させることによっても同様の膜を形成することが可能である。
【０３０６】
次に、図１３１に示すように、半導体層３３１Ａおよび半導体層３３２Ａを形成する工程を行う。半導体層３３１Ａは、多結晶Ｓｉからなり、壁部３１３と板状部材３１２との間を充填するように形成される。半導体層３３２Ａは、多結晶Ｓｉからなり、壁部３１４と板状部材３１２との間を充填するように形成される。この工程は、たとえば、ＣＶＤ法を用い、半導体基板３１１上に多結晶Ｓｉをエピタキシャル成長させることにより行うことができる。なおこの工程では、半導体層３３１Ａ，３３２Ａの表面を平坦化させる工程も行う。この平坦化工程は、たとえば、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって行われる。
【０３０７】
次に、図１３２に示すように、半導体層３３１Ａの表面に絶縁体層３２４Ａを形成し、半導体層３３２Ａの表面に絶縁体層３２５Ａを形成する工程を行う。絶縁体層３２４Ａは半導体層３３１Ａの絶縁体層３２１に覆われていない部分を全て覆うように形成される。絶縁体層３２５Ａは半導体層３３２Ａの絶縁体層３２１に覆われていない部分を全て覆うように形成される。絶縁体層３２４Ａ，３２５Ａは、いずれもＳｉＯ2からなり、たとえば厚さ０．８μｍ程度である。この工程は、たとえば、熱酸化処理またはＣＶＤ法により行うことができる。この工程により、開口部３２２，３２３は、絶縁体層３２４Ａ，３２５Ａによって封止される。
【０３０８】
次に、図１３３および図１３４に示すように、絶縁体層３２４，３２５および開口部３２２ａ，３２２ｂ，３２３ａ，３２３ｂを形成する工程を行う。絶縁体層３２４は、ｚ方向視において半導体膜３３１が形成される領域と重なる領域に形成されている。絶縁体層３２５は、ｚ方向視において半導体膜３３２が形成される領域と重なる領域に形成されている。開口部３２２ａは、半導体層３３１Ａを露出させるように、ｚ方向視において気体導入空間３５２が形成される領域と重なる領域に形成されている。開口部３２２ｂは、半導体層３３１Ａを露出させるように、ｚ方向視において気体導入空間３５１が形成される領域と重なる領域に形成されている。開口部３２３ａは、半導体層３３２Ａを露出させるように、ｚ方向視において密閉空間３５３が形成される領域と重なる領域に形成されている。開口部３２３ｂは、半導体層３３２Ａを露出させるように、ｚ方向視において気体導入空間３５４が形成される領域と重なる領域に形成されている。この工程は、開口部３２２，３２３を形成する際に用いた手法と同様の手法で行うことが可能である。
【０３０９】
次に、図１３５に示すように、半導体膜３３１および半導体膜３３２を形成する工程を行う。この工程では、半導体層３３１Ａ，３３２Ａに対してｚ方向を侵食方向としてエッチングを行う。この際に行うエッチングは、たとえば、ボッシュプロセスを用いたＳｉ−ＤＲＩＥにより行うことができる。このため、この工程では、絶縁体層３２４，２５の下にある半導体層３０が残留し、その残部として半導体膜３３１，３３２が形成される。
【０３１０】
次に、図１３６に示すように、酸化膜３３１ａ，３２ａを形成する工程を行う。この工程は、たとえば、熱酸化処理またはＣＶＤ法により行うことができる。
【０３１１】
次に、図１３７に示すように、犠牲層３２６Ａ，３２７Ａ，３２８Ａ，３２９Ａを形成する工程を行う。犠牲層３２６Ａ，３２７Ａ，３２８Ａ，３２９Ａは、たとえば多結晶Ｓｉあるいはポリイミドなどの樹脂によって形成されている。犠牲層３２６Ａは、気体導入空間３５１が形成される予定の領域を充填するように形成される。犠牲層３２７Ａは、気体導入空間３５２が形成される予定の領域を充填するように形成される。犠牲層３２８Ａは、密封空間３５３が形成される予定の領域を充填するように形成される。犠牲層３２９Ａは、気体導入空間３５４が形成される予定の領域を充填するように形成される。
【０３１２】
次に、図１３８に示すように、犠牲層３２６Ａ，３２７Ａ，３２８Ａ，３２９Ａの表面に絶縁体層３２６，３２７，３２８，３２９を形成する工程を行う。この工程は、熱酸化処理またはＣＶＤ法により行うことができる。
【０３１３】
次に、図１３９および図１４０に示すように、絶縁体層３２６，３２７，３２８，３２９に開口部３２６ａ，３２７ａ，３２８ａ，３２９ａを形成し、絶縁体層３２４に開口部３２４ａを形成し、絶縁体層３２５に開口部３２５ａを形成し、絶縁体層３２１に開口部３２１ａを形成する工程を行う。この工程は、開口部３２１ａ，３２４ａ，３２５ａ，３２６ａ，３２７ａ，３２８ａ，３２９ａと対応する開口部を有する樹脂製レジストを用いて、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッ
【０３１４】
次に、図１４１に示すように、金属層３４０を形成する工程を行う。金属層３４０は、たとえば、Ａｌからなる層であり、絶縁体層３２１，３２４，３２５，３２６，３２７，３２８，３２９を覆うように形成される。この工程は、たとえばＣＶＤ法によりＡｌを積層させることによって行われる。
【０３１５】
次に、図１４２および図１４３に示すように、金属層３４０から接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、導通部３４３，３４７を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、導通部３４３，３４７の形状と対応する形状のレジストを設置し、気相エッチングによって不要なＡｌを除去することにより行われる。
【０３１６】
次に、図１４４に示すように、犠牲層３２６Ａ，３２７Ａ，３２８Ａ，３２９Ａを除去する工程を行う。この工程は、たとえば、フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を含むガスを用いた気相エッチングにより行うことができる。犠牲層３２６Ａ，３２７Ａ，３２８Ａ，３２９Ａが除去されることにより、空洞部３５１Ａ，３５２Ａ，３５３Ａ，３５４Ａが形成される。
【０３１７】
次に、図１４５に示すように、開口部３２６ａ，３２７ａ，３２８ａ，３２９ａを封止し、絶縁体層３２０を形成する工程を行う。この工程は、真空雰囲気中において、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法あるいはプラズマＣＶＤ法を行うことにより絶縁体層３２１，３２４，３２５，３２６，３２７，３２８，３２９にさらにＳｉＯ2を積層することにより行われる。この工程では、開口部３２６ａ，３２７ａ，３２８ａ，３２９ａの周縁からその中心に向かってＳｉＯ2が成長するため、この工程で形成される封止部分は、その中央部が薄くなる傾向がある。また、本実施形態では、この工程で形成される絶縁体層３２０は、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、および、導通部３４３，３４７を覆う程度に厚く形成される。なお、マスクを用いた場合には、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、および、導通部３４３，３４７上にＳｉＯ2が積層されないこともある。
【０３１８】
この工程の後に、開口部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄを形成する工程を行うことにより、図１２５および図１２６に示す圧力センサ３０１を形成することができる。開口部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄを形成する工程は、開口部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄと対応する開口部を有する樹脂製レジストを用いて、ＨＦ2-とＳｉＯ2との反応を利用した気相エッチングを施すことにより行われる。なお、本実施形態では、先の工程で接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、および、導通部３４３，３４７上にＳｉＯ2が積層されている。このため、開口部３２０ｄを形成することにより、接続端子３４１，３４４，３４５を絶縁体層３２０の外部に露出させている。このような製造方法によると、図１２６に示すように、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、および、導通部３４３，３４７の表面は、絶縁体層３２０の表面よりも低い位置となる。なお、先の工程で、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、および、導通部３４３，３４７上にマスクを設けた場合、接続端子３４１，３４４，３４５、接続線３４２，３４６、および、導通部３４３，３４７上にＳｉＯ2が積層されないことがある。このような場合、開口部３２０ｄを形成する工程が不要なこともある。
【０３１９】
次に、圧力センサ３０１の作用について説明する。
【０３２０】
上述したように、圧力センサ３０１では、固定電極が半導体基板３１１の表面から起立する板状部材３１２のｘ方向における左右の側面であり、可動電極が半導体膜３３１，３３２のｘ方向における板状部材３１２の方を向く側面である。このため、圧力センサ３０１では、固定電極および可動電極が半導体基板３１１に対してｚ方向に起立する面となっており、固定電極および可動電極を形成するために必要な半導体基板３１１のｚ方向視における面積を小さくすることが可能となっている。従って、圧力センサ３０１は、ｚ方向視における面積を小さくすることにより小型化を図ることが可能であり、電子機器などに設置するために必要な面積を小さくすることができる。
【０３２１】
さらに、本実施形態における製造方法によれば、半導体材料３１０Ａに対してｚ方向を侵食方向とするエッチングを施すことにより、容易にｚ方向に起立する板状部材３１２を形成することが可能である。また、さらに、半導体層３３１Ａ，３３２Ａに対してｚ方向を侵食方向とするエッチングを施すことにより、容易に半導体膜３３１，３３２を形成することが可能である。
【０３２２】
なお、上述した実施形態では板状部材３１２と半導体膜３３２との間を密閉空間３５３とし、半導体膜３３２と壁部３１４との間を気体導入空間３５４としているが、これを入れ替えても構わない。また、密閉空間３５３に予め圧力既知の気体を封入し、その気体と外気との相対圧を測定する構成としても構わない。
【０３２３】
図１４６〜図１５３は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【０３２４】
図１４６および図１４７は、本発明の第１３実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ３０２は、密閉空間３５３の代わりに気体導入空間３５３’を有し、開口部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃの代わりに開口部３２０ｅ，３２０ｆが設けられている。圧力センサ３０２のその他の構成は、圧力センサ３０１と同様である。
【０３２５】
開口部３２０ｅは、ｘ方向における、壁部３１３と半導体膜３３１との間と、板状部材３１２と半導体膜３３２との間に設けられている。この開口部３２０ｅは、たとえばパイプ等を介して、圧力既知の気体を供給可能な気体供給源に連結される。このため、気体導入空間３５１，３５３’には、上記気体供給源から供給された圧力既知の気体が充填される。
【０３２６】
開口部３２０ｆは、ｘ方向における、半導体膜３３１と板状部材３１２との間と、半導体膜３３２と壁部３１４との間に設けられている。この開口部３２０ｆからは、外気が取り込まれ、気体導入空間３５２，３５４には、測定したい圧力未知の外気が導入される。
【０３２７】
このような圧力センサ３０２では、気体導入空間３５１に導入された圧力既知の気体と、気体導入空間３５２に導入された圧力未知の外気との圧力差により、半導体膜３３１が変形する。この変形によって生じた半導体膜３３１と板状部材３１２との間の静電容量変化は接続端子３４１を通して検出可能である。一方、気体導入空間３５３’に導入された圧力既知の気体と、気体導入空間３５４に導入された圧力未知の外気との圧力差により、半導体膜３３２が変形する。この変形によって生じた半導体膜３３２と板状部材３１２との間の静電容量変化は接続端子３４５を通して検出可能である。
【０３２８】
たとえば、上記圧力既知の気体の気圧が、外気の気圧よりも大きかった場合、半導体膜３３１は、ｘ方向において板状部材３１２に接近するように変形し、半導体膜３３２は、ｘ方向において板状部材３１２にから遠ざかるように変形する。このため、半導体膜３３１と板状部材３１２との間の静電容量は、圧力既知の気体と外気との気圧差に応じて大きくなり、半導体膜３３２と板状部材３１２との間の静電容量は、逆に小さくなる。上記圧力既知の気体の気圧が、外気の気圧よりも小さい場合は逆の挙動となる。
【０３２９】
従って、接続端子３４１，３４５より検出される静電容量変化の差は、半導体膜３３１，３３２の一方における静電容量変化を倍にしたものに相当すると考えられる。圧力センサ３０２では、接続端子３４１，３４５より検出される静電容量変化の差を半分にした値から、外気の上記圧力既知の気体に対する相対圧を算出する。
【０３３０】
このような圧力センサ３０２では、比較的小さな値となりがちな静電容量変化を倍の大きさの値として計測可能であるため、より精密な測定を行うことが可能となっている。
【０３３１】
なお、開口部３２０ｅから外気を導入し、開口部３２０ｆから圧力既知の気体を導入しても構わない。
【０３３２】
図１４８は、本発明の第１４実施形態に基づく圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサ３０３では、板状部材３１２が半導体構造体３１０の一部ではなく、多結晶Ｓｉにより形成されている。圧力センサ３０３のその他の構成は、圧力センサ３０１と同様である。ただし、圧力センサ３０３では、板状部材３１２が壁部３１４と導通していないため、接続端子３４４は、板状部材３１２と導通するようにｚ方向における板状部材３１２の真上に形成されている。
【０３３３】
このような圧力センサ３０３の製造工程においては、半導体材料３１０Ａにエッチングを施す際に、ｘ方向において壁部３１３と壁部３１４との間を全てエッチングする。その後、壁部３１３と壁部３１４との間を充填する半導体層３３０Ａを形成し、図１４９に示すように半導体層３３０Ａの表面に、絶縁体層３２４，３２５とともに絶縁体層３２１’を形成する。その後に、半導体層３３０Ａに対してｚ方向を侵食方向とするエッチングを施すことにより、半導体層３３０Ａの残部として、半導体膜３３１，３３２とともに板状部材３１２が形成される。
【０３３４】
このような圧力センサ３０３では、より精密な加工が要求される可動電極および固定電極の形成を一度に行うことができるため、製造工程の簡略化を図ることが可能である。
【０３３５】
図１５０は、本発明の第１５実施形態に基づく圧力センサを示している。図１５０に示す圧力センサ３０４では、板状部材３１２および壁部３１３，３１４が多結晶Ｓｉで形成されており、接続端子３４４が板状部材３１２と導通するようにｚ方向における板状部材３１２の真上に形成されている。さらに、圧力センサ３０４では、板状部材３１２と半導体膜３３１，３３２とを絶縁するために、圧力センサ３０１において設けられていたｙ方向両端の壁部は設けられていない。なお、圧力センサ３０４のその他の構成は圧力センサ３０１と同様である。
【０３３６】
このような圧力センサ３０４は、図１２８に示す単結晶Ｓｉからなる半導体材料３１０Ａの代わりに、図１５１に示す半導体材料３１０Ｂから製造される。半導体材料３１０Ｂは、平板状の半導体基板３１１と、半導体基板３１１の表面に形成された酸化膜３１１ａと、酸化膜３１１ａ上に積層された半導体層３３０Ａとによって構成されている。
【０３３７】
このような圧力センサ３０４を製造する際には、図１５２および図１５３に示すような絶縁体層３２１を形成し、半導体層３３０Ａに対してｚ方向を侵食方向とするエッチングを施す。本実施形態の絶縁体層３２１には、開口部３２２ａ，３２２ｂ，３２３ａ，３２３ｂの代わりに、ｙ方向に貫通する開口部３２２ｃ，３２２ｄ，３２３ｃ，３２３ｄが設けられている。このようにすると、半導体層３３０Ａの残部として、半導体膜３３１，３３２、板状部材３１２、壁部３１３，３１４が一挙に形成される。その後の工程は圧力センサ３０１の場合と同様であるが、絶縁体層３２０を形成する際あるいはその前に、密閉空間３５３を形成するために、ｙ方向における両端において半導体膜３３２と板状部材３１２との間を絶縁物によって封止する工程を行う。
【０３３８】
このような圧力センサ３０４では、圧力センサ３０１を製造する場合と比較して、エッチング作業の工程数を減らすことが可能であり、製造工程の簡略化をさらに図ることが可能である。
【０３３９】
なお、半導体材料３１０Ｂを半導体材料３１０Ａと同様に扱い、圧力センサ３０１，３０３と同様の圧力センサを製造することも可能である。この場合、半導体構造体３１０を形成する工程において、半導体材料３１０ＡをＦ含有ガスによりエッチングする工程を、半導体材料３１０ＢをＨＦ含有ガスによりエッチングする工程に置き換えればよい。
【０３４０】
本発明に係る圧力センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る圧力センサの各部の具体的な構成およびその製造方法の各工程の具体的な方法は、種々に設計変更自在である。たとえば、圧力センサ３０３，３０４は、圧力センサ３０１を基礎とする構成であるが、圧力センサ３０２を基礎とする構成であっても構わない。
【０３４１】
さらに、圧力センサ３０１では、基準値を出力するために半導体膜３３１を設けているが、基準値と同じ値を出力可能なコンデンサを圧力センサが設置される回路内に設置してもよい。この場合、圧力センサ３０１の図１２６中左半分を省略可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011055734.tif 000009
【図８】
2011055734.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２６】
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【図１２７】
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【図１２８】
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【図１２９】
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【図１３０】
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【図１３１】
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【図１３２】
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【図１３３】
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【図１３４】
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【図１３５】
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【図１３６】
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【図１３７】
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【図１３８】
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【図１３９】
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【図１４０】
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【図１４１】
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【図１４２】
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【図１４３】
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【図１４４】
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【図１４５】
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【図１４６】
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【図１４７】
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【図１４８】
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【図１４９】
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【図１５０】
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【図１５１】
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【図１５２】
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【図１５３】
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【図１５４】
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【図１５５】
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【国際調査報告】
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